Ученые «взломали» бактериальную иммунную систему

Исследователи из Университета Джорджии обнаружили, как использовать бактериальную иммунную систему CRISPR-Cas для целенаправленного подавления (сайленсинга) генов. Открытие, опубликованное в журнале Molecular Cell, открывает мощный новый инструмент для биотехнологии и биомедицинских исследований.

Как работает система

Бактериальная иммунная система CRISPR-Cas состоит из двух компонентов:

1. РНК — молекула, действующая как сигнал наведения на вирус или другого «захватчика».
2. Белковый комплекс, который разрезает генетический материал захватчика.

В 2009 году команда под руководством Майкла Тернса и Ребекки Тернс первой описала, как работает Cmr-ветвь системы CRISPR-Cas.

Суть открытия

В новом исследовании ученые углубили понимание системы и, используя эти знания, смогли «взломать» её. Они направили систему на уничтожение цели по своему выбору.

Метод: Используя кастомизированные CRISPR РНК с модифицированным сигналом наведения, исследователи уничтожили матричную РНК (мРНК) для белка, ответственного за устойчивость к бета-лактамным антибиотикам (например, амоксициллину).

Ключевые особенности и преимущества

• Уникальность: Изучаемая UGA командами система — единственный известный пример CRISPR-Cas, нацеленной на РНК, а не на ДНК.
• Преимущество нацеливания на РНК: «Разрезание собственной ДНК убило бы организм. Подавление специфических РНК позволяет более сложные применения», — пояснила Ребекка Тернс.
• Программируемость: Ученые определили ключевые особенности РНК, которые система использует в норме, и показали, что с помощью этой информации можно запрограммировать систему на разрушение новых целей.

Потенциальные применения

• Системное отключение функции отдельных генов для изучения их роли в клеточных процессах.
• Модификация экспрессии генов в промышленных бактериях для:
  • Улучшения производства биотоплива.
  • Повышения качества и выхода лекарств (например, инсулина).
• Введение системы в организмы, которые её не имеют, для расширения промышленных и биомедицинских приложений.

Майкл Бендер из Национального института общих медицинских наук NIH отметил: «Эта работа закладывает основу для разработки нового инструмента для нацеливания на специфические молекулы РНК в различных типах клеток».

Майкл Тернс добавил: «Возможность использования системы CRISPR-Cas в биотехнологии обсуждалась с момента её открытия, и эта работа начинает реализовывать часть этого огромного потенциала».