Новая система для безопасной разработки и тестирования генного драйва

Учёные из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новую систему для тестирования и разработки CRISPR-генного драйва в лаборатории с последующей безопасной конвертацией в инструменты для реального применения.

Проблема безопасности полных ген-драйвов

• CRISPR-генный драйв — это инструмент редактирования генома, позволяющий передавать новые генетические элементы потомству с вероятностью выше стандартных 50%.
• Полные ген-драйвы (fGDs) несут в себе единый пакет, содержащий и белок Cas9, и направляющую РНК (gRNA). Они перспективны, например, для борьбы с малярией через модификацию популяций комаров.
• Однако fGDs могут быстро распространяться и доминировать в популяциях, что вызывает опасения по поводу безопасности. Работа с ними требует лабораторий с высоким уровнем защиты.

Безопасная альтернатива: разделённые драйвы

• Разделённые ген-драйвы (sGDs) состоят из двух отдельных генетических элементов: один несёт Cas9, другой — gRNA. Они считаются безопаснее, так как их компоненты можно контролировать и тестировать по отдельности.
• Эксперименты с sGDs можно проводить в обычных лабораториях. Ключевой задачей является эффективное преобразование sGDs в полностью функциональные fGDs.

Новый метод «генетического взлома»

Исследователи создали гибкую генетическую систему для конвертации sGDs в fGDs на примере плодовых мушек:

• В элемент sGD, несущий Cas9, была добавлена специально разработанная направляющая РНК.
• Этот «взламывающий» инструмент разрезает копирующий компонент sGD и запускает событие генетической рекомбинации.
• В результате Cas9 встраивается в элемент, несущий gRNA, создавая полнофункциональный fGD.

Неожиданные результаты и выводы

• Созданный fGD распространялся в популяциях мух в экспериментах, но медленнее, чем предсказывали модели.
• Математическое моделирование показало, что в процессе конвертации fGDs налагают большие затраты на приспособленность (fitness cost) на отдельных особей по сравнению с sGDs.
• «Исследование раскрывает непредвиденные сложности во взаимодействии компонентов генного драйва, показывая, что нельзя просто предполагать, как отдельные части будут работать вместе», — отметил соавтор Джаред Беннетт.

Значение работы: Система обеспечивает доказательство принципа гибкого преобразования sGD в fGD, что должно значительно помочь в тестировании и разработке новых оптимизированных систем генного драйва.