Новый инженерный фермент CRISPR для редактирования ДНК может улучшить лечение пациентов
Разработан новый инструмент для редактирования генов на основе CRISPR, который может привести к лучшим методам лечения пациентов с генетическими нарушениями. Инструмент представляет собой фермент AsCas12f, модифицированный для обеспечения той же эффективности, но при размере в одну треть от обычно используемого для редактирования генов фермента Cas9. Компактный размер означает, что большее его количество можно упаковать в вирусы-носители и доставить в живые клетки, что повышает эффективность.
Исследователи создали библиотеку возможных мутаций AsCas12f, а затем объединили отобранные из них, чтобы сконструировать фермент AsCas12f с в 10 раз большей способностью к редактированию, чем у исходного немодифицированного типа. Этот инженерный AsCas12f уже успешно протестирован на мышах и имеет потенциал для использования в новых, более эффективных методах лечения пациентов в будущем.
Стандартный способ доставки генетического материала в клетку-хозяина — использование модифицированного вируса в качестве носителя. Адено-ассоциированные вирусы (AAV) не вредны для пациентов, могут проникать во многие типы клеток и имеют меньшую вероятность провоцировать нежелательный иммунный ответ. Однако существует ограничение по размеру.
"Cas9 находится на самом пределе этого ограничения по размеру, поэтому существовал спрос на меньший белок Cas, который можно было бы эффективно упаковать в AAV и использовать в качестве инструмента для редактирования генома", — пояснил профессор Осаму Нурэки.
Исследователи выбрали фермент AsCas12f из бактерии Axidibacillus sulfuroxidans. Его преимущество в том, что он один из самых компактных ферментов Cas, обнаруженных на сегодняшний день, и менее одной трети размера Cas9. Однако в предыдущих тестах он почти не проявлял активности в клетках человека.
"Используя метод скрининга под названием глубокое мутационное сканирование, мы собрали библиотеку потенциальных новых кандидатов, заменив каждую аминокислоту AsCas12f на все 20 типов аминокислот. Из этого мы идентифицировали более 200 мутаций, усиливающих активность редактирования генома", — объяснил Нурэки.
На основе структурного анализа AsCas12f исследователи выбрали и объединили эти мутации, создав модифицированный AsCas12f. Его активность по редактированию генома сопоставима с Cas9, при сохранении гораздо меньшего размера.
Команда уже провела испытания на животных с системой на основе инженерного AsCas12f, вводя её живым мышам. Прямое введение лечения в организм предпочтительнее извлечения клеток, их редактирования в лаборатории и повторного введения пациентам.
Успех тестов показал, что инженерный AsCas12f имеет потенциал для использования в генной терапии человека, например, для лечения гемофилии.
Исследователи признают, что выбранные мутации могли быть не самыми оптимальными из всех возможных комбинаций. Следующим шагом может стать использование компьютерного моделирования или машинного обучения для прогнозирования ещё более эффективных вариантов.
"Повышение активности AsCas12f до уровня, сопоставимого с Cas9, — это значительное достижение и существенный шаг в разработке новых, более компактных инструментов для редактирования генома", — сказал Нурэки.
Работа опубликована в журнале Cell.