Команда молекулярных биологов из Гарвардского университета представила результаты работы, призванной выяснить возможности технологии CRISPR/Cas9 в новом для нее качестве — как системы искусственной регуляции генов (при помощи созданных человеком химических соединений), а не их редактирования (прямого изменения структуры ДНК). Исследование опубликовано в журнале Nature Methods.
Технология CRISPR/Cas9 распознает определенные участки генов и разрезает их в специфичном месте, что дает ученым возможность вставить необходимый фрагмент нуклеиновых кислот, редактируя ДНК. При создании этой технологии ученые ориентировались на способность бактерий бороться с вирусами с помощью нуклеиновых кислот. Вирусы внедряли в клетку свою ДНК, и единственным шансом бактерии спастись было ее уничтожение. Специальная направляющая РНК узнавала фрагмент вирусной ДНК и связывалась с ним, после чего белок Cas9, словно ножницы, разрезал гены паразита.
Ученые используют CRISPR для разных нужд. Например, они изменили белок Cas9, лишив его возможности причинять вред ДНК. Вместо этого его соединили с другим белком, который мог активировать гены, соединяясь с энхансерами. Энхансеры — это участки ДНК, которые могут усиливать работу генов, если соединяются со специальной молекулой. Направляющая РНК распознает энхансер, а Cas9 играет роль активатора. Все это позволяет исследователям точно управлять генами, ослабляя их или усиливая. Это можно сравнить с отверткой, которая точно подходит к своему месту.
Но существует огромное множество различных Cas9, различающихся по своей эффективности и работающих в разных клетках по-разному. Чтобы успешно применять технологию CRISPR/Cas9, следует точно знать поведение составляющих ее молекул. Чтобы выяснить это, исследователи испытали множество активаторов на клетках человека, мышей и мух.
Ученые выделили три Cas9-активатора, которые гораздо сильней влияли на ген, чем другие кандидаты, и при этом чаще «били в цель». Они же были наиболее универсальными, то есть одинаково хорошо срабатывали в клетках человека и мухи. По словам исследователей, найденную лидерскую тройку молекул можно будет сделать основой для дальнейших улучшений.
CRISPR представляет собой фрагменты ДНК, которые сочетают в себе повторяющиеся части — короткие палиндромные повторы — и спейсеры. Спейсеры отличаются друг от друга по последовательностям нуклеотидов и располагаются между повторами. Они представляют собой части ДНК, позаимствованной у вирусов или бактерий-паразитов и отвечают за распознавание подобного им чужеродного генетического материала.