Ученые представили эффективные стратегии защиты экспериментов с CRISPR-генным драйвом
Исследователи впервые продемонстрировали, как две молекулярные стратегии могут защитить эксперименты с CRISPR-генным драйвом в лаборатории. Результаты исследования, впервые представленные на bioRxiv, опубликованы в журнале eLife.
Результаты показывают, что ученые могут эффективно использовать синтетические сайты-мишени и разделенные драйвы для исследований, не опасаясь случайного распространения в естественной популяции.
Генные драйвы, подобные испытанным на малярийных комарах, представляют собой генетические конструкции, предназначенные для распространения в популяциях. Это происходит в процессе «драйв-конверсии», когда фермент Cas9 и молекула гидовой РНК (gRNA) разрезают определенный участок генома. Затем драйв копируется при репарации разрыва ДНК.
«CRISPR-генные драйвы вызывают как энтузиазм, так и серьезные опасения из-за их потенциала для генетического изменения целых видов, — объясняет первый автор Джексон Чампер. — Это ставит вопрос о нашей способности предотвратить непреднамеренное распространение таких драйвов из лаборатории в природу».
Текущие стратегии предотвращения случайного распространения предполагают физическое ограничение организмов, содержащих драйв. Однако неясно, достаточно ли это снижает вероятность случайного побега в дикую природу, учитывая возможность человеческой ошибки.
Были предложены две молекулярные стратегии защиты, выходящие за рамки простого ограничения исследуемых организмов:
- Драйв на синтетический сайт-мишень, который нацелен на созданные в лаборатории участки генома, отсутствующие у диких организмов.
- Разделенный драйв, в котором конструкция драйва лишена эндонуклеазы (например, Cas9) и полагается на фермент, встроенный в отдаленный участок генома.
Команда протестировала три драйва на синтетические сайты-мишени в плодовой мушке Drosophila melanogaster. Каждый драйв нацеливался на ген усиленного зеленого флуоресцентного белка (EGFP), встроенный в один из трех разных участков генома. Для разделенных драйвов была создана конструкция, нацеленная на сцепленный с X-хромосомой ген yellow и лишенная Cas9.
Анализ показал, что:
- CRISPR-генные драйвы с синтетическими мишенями (такими как EGFP) демонстрируют поведение, аналогичное стандартным драйвам, и могут использоваться для большинства тестов вместо них.
- Разделенные драйвы показали аналогичную эффективность и также позволяют нацеливаться на естественные последовательности, когда использование синтетических мишеней затруднено (например, в драйвах для подавления популяции, требующих нацеливания на природные гены).
«Основываясь на наших выводах, мы предлагаем последовательно внедрять эти защитные стратегии при разработке и тестировании будущих генных драйвов, — говорит старший автор Филипп Мессер. — Это будет важно для крупномасштабных экспериментов в клетках, направленных на улучшение нашего понимания ожидаемой популяционной динамики драйвов-кандидатов. В конечном счете, это понимание будет иметь решающее значение для обсуждения целесообразности и рисков выпуска успешных драйвов в природу, например, для сокращения малярии и других трансмиссивных заболеваний».