Активная генетика открывает новые горизонты
В 2015 году биологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего Итан Бир и Валентино Ганц разработали прорывную технологию «активной генетики». Она позволяет родителям передавать генетический признак большинству потомства (вместо стандартного наследования, при котором признак получают 50% потомков). Первоначальными целями стали системы генного драйва для иммунизации комаров против трансмиссивных болезней, таких как малярия. Также была предложена возможность использования технологии для решения других задач в здравоохранении и сельском хозяйстве.
Теперь Шэннон Сюй вместе с Ганцем и Биром применили CRISPR/Cas9 для редактирования регуляторных элементов генов в их естественной геномной среде. Это позволило выявить новые фундаментальные механизмы контроля активности генов, как описано 6 февраля в eLife. Авторы также экспериментально подтвердили эффективность активной генетики для целевой вставки генов (трансгенеза) и одноэтапной замены генетических контрольных элементов.
«Технические достижения, основанные на активной генетике, представляют собой инновационный инструментарий для создания организмов с новыми свойствами, открывая новую эру прогресса в синтетической биологии», — сказал Ганц.
Исследователи проанализировали генетический контроль гена, отвечающего за формирование простой структуры у плодовых мушек — жилки крыла — в процессе развития. Целью было понять механизмы, контролирующие активность гена в пространстве и времени, что приводит к надежному размещению жилки в правильном положении, а также исследовать, как эта генетическая схема эволюционировала у разных видов.
Среди результатов исследователи представили доказательства новой потенциальной формы взаимодействия между хромосомами, которая влияет на контроль активности генов. Эти наблюдения поднимают интригующую возможность того, что подобные формы «общения» между хромосомами могут происходить и у других организмов и в конечном итоге стать мишенями для эпигенетического вмешательства. Они также продемонстрировали значительные преимущества редактирования регуляторных последовательностей в их естественном местоположении для обнаружения новых функций. Это может привести к лучшему пониманию того, как работают генетические «переключатели», включающие и выключающие гены в организме. Возможно, самое важное — эти исследования демонстрируют общую полезность активной генетики как платформы для создания новых организмов с новыми признаками.
«Эти достижения должны побудить других исследователей применять активную генетику в широком спектре организмов для облегчения и ускорения своей работы», — сказала Сюй.
«Эти знания могут в конечном итоге привести к биологическому дизайну, основанному на фундаментальных принципах. То есть к получению знаний для создания организмов со специально спроектированными новыми свойствами», — сказал Бир, профессор и недавно назначенный обладатель именной профессуры Тата в области клеточной и биологии развития.
Исследователи также рассмотрели активную генетику как инструмент следующего поколения для трансгенеза. Так называемые клонирующие векторы «CopyCat» потенциально могут быть точно вставлены в геном в любом желаемом месте, а затем с высокой эффективностью скопированы с одной родительской хромосомы на другую, так что все потомство унаследует элемент CopyCat. По словам исследователей, клонирование CopyCat «имеет потенциал значительно ускорить сборку сложных генетических линий животных или растений».
«Такие манипуляции генной инженерии должны открыть новые направления исследований и инженерии животных и растений, недоступные с использованием современных технологий», — отмечают исследователи. Эти инновационные области биологических исследований соответствуют целям Paul G. Allen Frontiers Group, которая в 2016 году назвала профессора Бира выдающимся исследователем Аллена.
Активная генетика также является технологией, лежащей в основе нового Института генетики и общества Тата. Основанный на базе UC San Diego и Индийского института биологии стволовых клеток и регенеративной медицины, институт был создан с миссией продвижения глобальной науки и технологий социально ответственными средствами и разработки решений для некоторых из самых насущных проблем мира — от общественного здравоохранения до сельского хозяйства.