Ученые использовали ДНК-оригами для наблюдения за работой CRISPR

Система CRISPR/Cas9, получившая Нобелевскую премию по химии в 2020 году, иногда разрезает ДНК в нецелевых участках. Хотя CRISPR кардинально ускорил фундаментальные исследования, позволяя редактировать генетические последовательности, процесс происходит настолько быстро, что ученым сложно отследить ошибки и найти способы их исправить.

Джулене Мадариага Маркос и коллеги из лаборатории профессора Ральфа Зайделя в Лейпцигском университете (Германия) разработали метод для анализа сверхбыстрых движений ферментов CRISPR. Это поможет понять, как они распознают целевые последовательности, и повысить специфичность системы. Исследование будет представлено 23 февраля на 65-й ежегодной встрече Биофизического общества.

Для редактирования генов ученые настраивают CRISPR на конкретную последовательность среди трех миллиардов пар оснований в геноме человека. При распознавании цели ферменты раскручивают двойную спираль ДНК, чтобы найти участок, комплементарный связанной с CRISPR РНК. Однако иногда РНК связывается с не вполне комплементарными последовательностями. Чтобы изучить эту проблему, необходимо наблюдать за действием CRISPR на уровне отдельных пар оснований, но процесс слишком быстр.

Для измерений на сверхбыстрых временных масштабах исследователи использовали ДНК-оригами — метод создания сложных трехмерных наноструктур из специальных последовательностей ДНК. С его помощью они сконструировали роторные рычаги из ДНК. С помощью высокоскоростной камеры на микроскопе они наблюдали, как раскручивание ДНК ферментами CRISPR заставляет ротор вращаться, подобно лопастям вертолета. Эта система позволила измерить разную реакцию на полное совпадение и несовпадение последовательностей.

«Мы впервые смогли напрямую измерить энергетический ландшафт взаимодействия CRISPR/Cascade с ДНК», — заявила Мадариага Маркос.

Новая методика поможет лучше понять, как ферменты CRISPR находят свою цель. Это позволит оптимизировать систему для снижения количества нецелевых срабатываний. В будущем исследовательница планирует «разрабатывать больше инструментов и методов для изучения процессов редактирования генов новыми способами и на более детальном уровне».