Инженерные «шпильки» повышают точность CRISPR
Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка разработали метод повышения точности технологии редактирования генома CRISPR в среднем в 50 раз. Они считают, что его можно легко адаптировать к любому из постоянно расширяющихся форматов этой технологии.
Метод заключается в добавлении короткого «хвоста» к направляющей РНК (guide RNA), которая используется для поиска целевой последовательности ДНК. Этот хвост складывается и связывается сам с собой, создавая «замок», который может быть открыт только правильной целевой последовательностью ДНК.
Исследование опубликовано 15 апреля в журнале Nature Biotechnology.
«CRISPR, как правило, невероятно точен, но есть примеры внецелевой активности, поэтому в сообществе существует большой интерес к повышению специфичности», — сказал Чарльз Герсбах, соавтор исследования. «Но предложенные до сих пор решения нельзя легко перенести между разными системами CRISPR».
Все системы CRISPR используют молекулы РНК в качестве направляющих для поиска целевой последовательности в геноме. Поскольку длина такой последовательности составляет всего 20 нуклеотидов, а человеческий геном содержит около 3 миллиардов пар оснований, CRISPR иногда может ошибаться, реагируя на последовательности, отличающиеся на 1-2 пары оснований.
Новый подход универсален, так как нацелен на общий для всех CRISPR компонент — направляющую РНК. Решение Герсбаха и его аспиранта Деврана Коджака заключается в удлинении направляющей РНК на 20 нуклеотидов таким образом, что она складывается обратно на себя, образуя структуру в виде «шпильки» (hairpin). Это создаёт «замок», который очень трудно сдвинуть, если в проверяемой последовательности ДНК есть даже одна ошибка. Однако правильная ДНК всё ещё способна разорвать этот замок, так как направляющая РНК предпочитает связываться с ДНК, а не сама с собой.
«Мы можем точно настроить прочность замка так, чтобы направляющая РНК всё ещё работала при встрече с правильным совпадением», — сказал Коджак.
В работе показано, что этот метод может повысить точность редактирования в клетках человека в среднем в 50 раз для пяти различных систем CRISPR, происходящих из четырёх разных штаммов бактерий. В одном случае улучшение превысило 200 раз.
Исследователи надеются проверить, со сколькими вариантами CRISPR будет работать этот подход, и детально изучить механизм работы «замка». Поскольку эксперименты проводились на культурах клеток, следующим шагом станет проверка метода в моделях заболеваний на животных.