Разбудили дьявола Как генная инженерия изменит наш мир до неузнаваемости

Разбудили дьявола Как генная инженерия изменит наш мир до неузнаваемости

Кадр: фильм «Прометей»

Ученые возлагают большие надежды на технологию CRISPR/Cas9, которая позволяет с высокой точностью вносить изменения в геномы живых организмов, включая людей. Публикуются все новые научные статьи, описывающие различные разновидности CRISPR-систем.

Тысячи их

CRISPR/Cas9 представляет собой систему адаптивного иммунитета бактерий, позволяющую микроорганизмам бороться с вирусами. Она состоит из спейсеров — участков ДНК, соответствующих определенным фрагментам (протоспейсерам) ДНК инфекционного агента. Спейсеры кодируют специфические молекулы crРНК, которые связываются с ферментом Cas9. Получившийся комплекс присоединяется к цепочке ДНК вируса, а Cas9 срабатывает как ножницы, перерезая ее.

На самом деле CRISPR/Cas9 — лишь одна из многих подобных систем, которыми располагают бактерии и археи. Ученые разделяют их на два класса. К первому классу относятся CRISPR-системы I, III и IV типов, ко второму — II и V. Тип II располагает белком Cas9, участвующим в приобретении новых спейсеров, накоплении crРНК в клетке и разрезании ДНК. В других системах для этих целей используются мультибелковые комплексы. Это делает тип II самым простым видом CRISPR-систем, подходящим для нужд генной инженерии.

Типы могут, в свою очередь, подразделяться на подтипы в зависимости от того, какие дополнительные гены связаны с CRISPR. Так, системы IIA содержат ген csn2, который кодирует белок, связывающийся с ДНК и участвующий в приобретении спейсеров. В системах IIB csn2 отсутствует, но зато есть ген cas4, чья функция пока неизвестна, а системы IIC не имеют ни csn2, ни cas4.

Сокровища внутри бактерий

Все известные CRISPR-системы обнаружены учеными в бактериях, выращенных в лабораторных условиях. Однако существует огромное количество некультивируемых микроорганизмов, к которым относятся как археи, так и бактерии. Они, как правило, обитают в экстремальных условиях — минеральных источниках или токсичных водоемах в заброшенных шахтах. Однако исследователи могут выделить из них ДНК и выявить в ней специфические участки. В новой работе, опубликованной в Nature 22 декабря, генетики из Калифорнийского университета в Беркли расшифровали геномы из естественных микробных сообществ, обнаружив другие разновидности CRISPR-системы.

Бактериофаг — вирус, заражающий бактерии

Ученым удалось выяснить, что некоторые виды малоизученных археоподобных наноорганизмов ARMAN также обладают CRISPR/Cas9, хотя раньше считалось, что они есть только у бактерий. Отмечено, что эта система занимает промежуточное место между подтипами IIC и IIB и может служить защитой против паразитических «прыгающих» генов (транспозонов), попадающих в микроорганизм из других архей. Попытка воспроизвести активность архейной CRISPR/Cas9 в кишечной палочке (Escherichia coli) ни к чему не привела, что указывает на существование каких-то дополнительных специфичных механизмов, регулирующих систему.

Из бактерий, живущих в подземных водах и отложениях, были также выделены новые типы систем внутри второго класса — CRISPR/CasX и CRISPR/CasY. В систему CRISPR/CasX входят белки Cas1, Cas2, Cas4 и CasX. Последний, как показали эксперименты на E.coli, отличается нуклеазной активностью, то есть способен расщеплять чужеродную ДНК подобно Cas9. Однако происходит это только в том случае, если перед протоспейсерами находится последовательность TTCN, где N — любой из четырех нуклеотидов. Такие последовательности называются PAM (protospacer adjacent motif — мотив, смежный с протоспейсером). У системы CRISPR/Cas9 тоже есть своя PAM — NGG, которая должна располагаться после протоспейсера. Кроме того, CRISPR/CasY способна разрезать ДНК, если рядом с участком-мишенью имеется PAM-последовательность TA.

В чем перспективность этого открытия? Дело в том, что обнаруженные системы — самые компактные из известных на данный момент. По мнению ученых, небольшое количество необходимых для их работы белков делает CRISPR/CasX и CRISPR/CasY удобными инструментами для редактирования ДНК. Более того, метагеномные исследования, при которых изучается ДНК, полученная из окружающей среды, позволят открыть другие разновидности CRISPR-систем, полезные для генной инженерии.

Окончание следует

0 0 vote
Рейтинг статьи
Поделитесь публикацией

Share this post

Subscribe
Уведомлять
0 комментариев
Inline Feedbacks
View all comments