Разработка CRISPR-библиотек для поиска мишеней противовирусных препаратов

Исследователи из Национальных лабораторий Сандия и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) объединились для изучения механизмов вирусной инфекции. Они создают скрининговые библиотеки на основе технологии редактирования генома CRISPR.

"CRISPR позволяет легко "выключать" или удалять определённые гены в клетке-хозяине", — пояснил исследователь из Сандии Оскар Негрете. "CRISPR-библиотеки предназначены для одновременного нацеливания на большие наборы генов".

Используя такие библиотеки, учёные могут быстро понять, как удаление этих генов влияет на вирусную инфекцию. Обнаружив гены хозяина, необходимые для заражения, можно начать разработку противовирусных препаратов, нацеленных на эти гены или их продукты.

Проект "Разработка матричных CRISPR-библиотек для скрининга функциональной геномики" является частью первого Соглашения о совместных исследованиях и разработках (CRADA) между Сандией и UCLA. Работа ведётся в рамках программы Лабораторных исследований и разработок Сандии.

Цель CRADA — использовать альтернативный метод сборки библиотек для производства матричных CRISPR-библиотек по значительно более низкой стоимости. Вместо дорогостоящего производства отдельных конструктов по одному, исследователи начнут с "смешанной" (pooled) библиотеки — недорогой в производстве смеси CRISPR-конструктов. Затем с помощью высокопроизводительного роботизированного оборудования они разделят эту смесь на отдельные конструкты в многолуночных планшетах, создав "матричную" (arrayed) библиотеку.

"Смешанная CRISPR-библиотека — это сложная смесь, как банка с разноцветными конфетами. Матричная библиотека — это те же конфеты, но каждая индивидуально упакована и подписана", — объяснил Негрете. При скрининге со смешанной библиотекой для идентификации "попадания" требуется дополнительный эксперимент. В матричной библиотеке каждый CRISPR-конструкт уже "подписан", что делает идентификацию быстрее, проще и дешевле.

Исследователи стремятся создать библиотеку в масштабе всего генома, но сначала сосредоточатся на подбиблиотеке, нацеленной на мембранные белки, участвующие в коммуникации клеток и выступающие в качестве рецепторов для проникновения патогенов.

Матричные библиотеки ускоряют открытия

CRISPR эволюционировал в природе как бактериальная система защиты, а теперь служит основой мощной технологии редактирования генома. По словам Негрете, CRISPR произвёл революцию в биотехнологиях, аналогичную открытию полимеразной цепной реакции (PCR).

"С помощью CRISPR теоретически возможно модифицировать любой геном, включая человеческий", — отметил он.

До CRISPR учёные в основном полагались на скрининг на основе РНК-интерференции, который подвержен нецелевым эффектам и может давать ложноотрицательные результаты. Система CRISPR позволяет вносить высокоспецифичные, постоянные изменения в целевые гены.

Наиболее распространённый метод проведения полногеномного скрининга с использованием CRISPR предполагает использование "смешанных" библиотек. Однако анализ фенотипов с ними ограничен. Матричные CRISPR-библиотеки, созданные в многолуночных планшетах, где каждая лунка содержит вектор, нацеленный на отдельный ген, позволяют исследовать сложные фенотипы и обеспечивают доступ к быстрым вторичным проверочным скринингам.

Библиотеки для широкого использования

Доступ к скринингу с использованием этой новой CRISPR-библиотеки будет предоставляться более широкому научному сообществу в индивидуальном порядке. Сандия также планирует использовать библиотеки для изучения механизмов вирусной инфекции и поиска мишеней для лекарств.

"Это только начало для применения такого типа технологий", — сказал Негрете. "Если мы сможем повлиять на борьбу с Эболой и Зикой, значит, мы достигли своей цели".