CRISPR-BEST предотвращает нестабильность генома

Несмотря на преимущества CRISPR-технологий для манипуляции геномами, их использование сопряжено с проблемами, такими как нестабильность генома и токсичность белка Cas9.

В новом исследовании, опубликованном в PNAS, учёные представили новый инструмент CRISPR-BEST. Он позволяет эффективно создавать мутации в актиномицетах, не требуя разрыва двуцепочечной ДНК.

Таким образом, CRISPR-BEST решает ключевую проблему генной инженерии актиномицетов, поскольку введение двуцепочечных разрывов часто вызывает генетическую нестабильность, заставляя бактерии перестраивать или даже удалять большие участки хромосом. Этого нужно избегать при конструировании клеток для производства биоактивных соединений и новых антибиотиков.

"CRISPR-BEST решает некоторые основные проблемы, связанные с текущими CRISPR-технологиями. Это может стать большим шагом в направлении лучшего использования потенциала биотехнологий, таких как метаболическая инженерия и синтетическая биология, которые полагаются на генетические манипуляции и редактирование генов", — говорит Яоцзюнь Тонг, исследователь из Центра биологической устойчивости DTU Biosustain.

Лучшее из двух миров

Идея разработки CRISPR-BEST возникла после того, как исследователи попытались использовать обычный метод CRISPR для инактивации одного конкретного гена с целью производства новых вариантов антибиотика кирромицина. Вместо инактивации только нужного гена они потеряли основные части хромосомы в этих экспериментах — в общей сложности более 1,3 миллиона пар оснований. Это заставило их искать методы, которые сохранят высокую эффективность CRISPR, но при этом позволят избежать расщепления хромосомы, которое, вероятно, и вызвало крупные делеции.

Они рассматривают CRISPR-BEST как успешную попытку объединить преимущества двух подходов.

"Мы сохраняем эффективность CRISPR, которая позволяет нам очень легко нацеливаться на гены интереса. Но, с другой стороны, теперь мы можем использовать очень мягкие условия для внесения мутаций, что создаст гораздо меньший стресс для клеток и, таким образом, позволит избежать генетической нестабильности наших бактерий, производящих антибиотики", — говорит Тильманн Вебер, профессор и со-руководитель Центра биологической устойчивости DTU Biosustain.

Дальнейшая оптимизация впереди

CRISPR-BEST — это большой первый шаг в правильном направлении, но учёные в настоящее время изучают, как можно повысить эффективность редактирования и увеличить количество геномных правок, которые можно проводить одновременно. Эти разработки могут идти рука об руку с использованием робототехники для обработки большого количества образцов, прокладывая путь для проведения геномных правок в больших масштабах в будущем.

"Для системной метаболической инженерии актинобактерий, которые являются одними из лучших продуцентов антибиотиков и других биоактивных соединений, существует лишь несколько генетических инструментов, обладающих необходимой пропускной способностью и масштабируемостью для подходов системной метаболической инженерии. Так что сам факт наличия нового набора инструментов уже является преимуществом", — говорит Яоцзюнь Тонг.