Революция в методе CRISPR

Метод CRISPR-Cas позволяет относительно быстро и легко манипулировать отдельными генами в клетках: удалять, заменять или модифицировать их. В последние годы его также используют для системного увеличения или уменьшения активности отдельных генов. Метод стал мировым стандартом как в фундаментальных исследованиях, так и в прикладных областях, например, в селекции растений.

До сих пор с его помощью можно было модифицировать в основном только один ген за раз, реже — два или три. В одном случае удалось отредактировать семь генов одновременно.

Теперь команда профессора Рэндалла Платта из Департамента биосистемных наук и инженерии ETH Zurich в Базеле разработала процесс, который, как показали эксперименты, может модифицировать 25 целевых участков в генах клетки одновременно. По словам Платта, это число можно увеличить до десятков или даже сотен генов. Метод открывает огромный потенциал для биомедицинских исследований и биотехнологий.

Целевое, крупномасштабное перепрограммирование клеток

Гены и белки взаимодействуют в клетках, образуя сети из десятков генов, которые обеспечивают клеточное разнообразие организма. «Наш метод впервые позволяет системно модифицировать целые генные сети за один шаг», — говорит Платт.

Метод прокладывает путь для сложного, крупномасштабного программирования клеток. Его можно использовать для увеличения активности одних генов и уменьшения активности других. Время этого изменения активности также можно точно контролировать.

Это важно для фундаментальных исследований (изучение поведения разных типов клеток, сложных генетических нарушений) и для клеточной заместительной терапии (замена повреждённых клеток здоровыми). Метод можно использовать для преобразования стволовых клеток в дифференцированные (например, нейроны или инсулин-продуцирующие бета-клетки) или, наоборот, для получения стволовых клеток из дифференцированных клеток кожи.

Двойная функция фермента Cas

Метод CRISPR-Cas требует фермент Cas и небольшую молекулу РНК. Её последовательность нуклеотидов служит «адресной меткой», с высочайшей точностью направляя фермент к целевому участку на хромосомах.

Учёные ETH создали плазмиду (кольцевую молекулу ДНК), которая хранит чертёж фермента Cas и множество РНК-адресных молекул, расположенных последовательно — более длинный «список адресов». В экспериментах эту плазмиду вставляли в человеческие клетки, демонстрируя, что несколько генов можно модифицировать и регулировать одновременно.

Для новой техники использовали не фермент Cas9 (как в большинстве методов CRISPR-Cas ранее), а родственный фермент Cas12a. Он не только редактирует гены, но и одновременно может разрезать длинный «список РНК-адресов» на отдельные «адресные метки». Кроме того, Cas12a работает с более короткими РНК-адресными молекулами, чем Cas9. «Чем короче эти адресные последовательности, тем больше их мы можем поместить на одну плазмиду», — объясняет Платт.