Новый инструмент на основе CRISPR может одновременно отслеживать и контролировать несколько генетических цепей

Каждая клетка в нашем теле имеет компьютероподобную систему управления, которая посылает биологические сигналы через тысячи цепей для контроля потребностей клетки и регуляции её ответов.

Однако при таких заболеваниях, как рак, эти регуляторные цепи часто дают сбой, что приводит к неестественным сигналам и реакциям. Точное обнаружение этих аномальных сигналов болезни открывает путь к более прецизионному лечению.

Исследователи из Стэнфорда разработали биологический инструмент, который может не только обнаруживать такие неисправные генетические цепи, но и «отлаживать» их — подобно обходному кабелю при сбое компьютерного оборудования — чтобы, например, способствовать уничтожению раковых клеток.

В статье в журнале Molecular Cell Стэнли Ци и его команда описывают, как они создали свою систему «сенсор-ответ», модифицировав инструмент для редактирования генов CRISPR-Cas, который работает как молекулярный переключатель для исправления дефектных генов. Ци — доцент биоинженерии, химической и системной биологии.

Ранее Ци разработал инструменты на основе Cas, способные выполнять несколько задач, например, включать или выключать нужные гены. В своей последней работе с аспиранткой Ханной Кемптон он расширил эту концепцию, создав инструмент CRISPR-Cas, который выполняет эти разные задачи только при наличии различных комбинаций биологических сигналов.

Это важно, поскольку сложные заболевания, такие как рак, редко можно идентифицировать по одному генетическому сбою. Чаще они являются результатом каскада нарушений, затрагивающих несколько генов — например, один ген может быть включен, когда должен быть выключен, что мешает правильной работе других генов. Кемптон модифицировала белок Cas12, чтобы он мог обнаруживать несколько ошибочных сигналов и переключать нужные «выключатели», чтобы помочь устранить цепочку дефектов, вызвавших сбой в работе клетки.

«Мало работ продемонстрировали такой уровень контроля в человеческих клетках», — сказал Ци, чья лаборатория подала заявку на предварительный патент на свою технологию Cas12. «Одновременное восприятие множества сигналов означает большую точность в идентификации болезненного состояния и большую безопасность при проведении терапии. Мы видим, что такой контроль над цепями будет играть большую роль в лечении в будущем».

Исследователи полагают, что применение этой технологии выходит за рамки лечения таких заболеваний, как рак. Например, вместо уничтожения больных клеток организму может потребоваться генерировать новые здоровые клетки для замены неисправимых. Наше сердце, кости, печень и другие органы состоят из специализированных типов клеток, которые могут быть получены из стволовых клеток. Запрограммировав модифицированный инструмент Cas12 на активацию правильных генетических цепей в этих стволовых клетках, клиницисты могли бы направлять их быстрое превращение в полезные клетки для восстановления поврежденных органов в ответ на травму.

«Мы создали многофункциональный инструмент, который может одновременно отслеживать и контролировать несколько генетических цепей», — сказала Кемптон.