Новый инструмент CRISPR открывает для редактирования бо́льшую часть генома
Система редактирования генома CRISPR стала чрезвычайно важным инструментом в медицинских исследованиях и в конечном итоге может оказать значительное влияние на такие области, как сельское хозяйство, биоэнергетика и продовольственная безопасность.
Однако, несмотря на значительный успех, CRISPR-Cas9 остается ограниченной в количестве участков генома, которые она может посетить. Это связано с необходимостью наличия специфической последовательности, фланкирующей цель, — мотива, соседнего с протоспейсером (PAM).
Например, наиболее широко используемый фермент Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9) требует в качестве PAM-последовательности два нуклеотида гуанина (G), что ограничивает количество доступных мишеней примерно 9,9% сайтов в геноме.
Исследователи из MIT Media Lab под руководством профессора Джозефа Джейкобсона обнаружили фермент Cas9, способный нацеливаться почти на половину участков генома, что значительно расширяет его потенциальное применение. Результаты опубликованы в Science Advances.
"CRISPR похож на очень точную и эффективную почтовую систему, которая может доставить посылку куда угодно, но только если почтовый индекс заканчивается на ноль. Это ограничивает вас в количестве адресов", — говорит Джейкобсон.
Для разработки более универсальной системы исследователи использовали вычислительные алгоритмы для биоинформатического поиска бактериальных последовательностей. Они создали инструмент анализа данных SPAMALOT (Search for PAMs by Alignment of Targets).
Наиболее успешным оказался фермент Cas9 из Streptococcus canis (ScCas9). Он очень похож на широко используемый SpCas9, но для распознавания цели ему требуется всего один нуклеотид G в PAM-последовательности, а не два.
Это открывает доступ ко многим ранее недостижимым для CRISPR болезнетворным мутациям. Например, такие заболевания, как серповидноклеточная анемия, часто вызваны заменой всего одного нуклеотида, и для их коррекции с помощью редактирования основания (base editing) требуется высочайшая точность нацеливания.
"Нам нужно подойти к точному местоположению, разместить наш CRISPR-комплекс прямо рядом с ним, а затем с помощью редактора оснований — другого белка, присоединенного к CRISPR — войти и исправить основание", — объясняет Джейкобсон.
Новый инструмент CRISPR может быть особенно полезен в таких приложениях. Исследователи надеются использовать свой метод для поиска других ферментов, которые еще больше расширят диапазон мишеней системы без потери точности.
"Мы уверены, что сможем нацелиться на любой адрес в геноме", — заключает Джейкобсон.