Учёные впервые использовали CRISPR для редактирования ДНК вне клетки
Исследователи из Института редактирования генов Christiana Care Health System разработали потенциально прорывный инструмент CRISPR для редактирования генов. Согласно новому исследованию, опубликованному в CRISPR Journal, этот инструмент позволит учёным брать фрагменты ДНК, извлечённые из человеческих клеток, помещать их в пробирку и быстро, точно вносить множественные изменения в генетический код.
Новая «бесклеточная» CRISPR-технология — первый инструмент CRISPR, способный вносить множественные правки в образцы ДНК in vitro (в пробирке или чашке Петри). Это достижение может иметь немедленную ценность как диагностический инструмент, реплицирующий точные генетические мутации, обнаруженные в опухолях отдельных онкопациентов. Способность быстро идентифицировать правильную мутацию у конкретного пациента позволит клиницистам применять более целенаправленную стратегию лечения.
«С этим новым достижением мы сможем работать с лабораторными культурами и выполнять редактирование генов менее чем за день, значительно сокращая время, необходимое для диагностики, по сравнению с другими инструментами CRISPR, и с гораздо большей точностью», — сказал Эрик Кмиец, директор Института редактирования генов.
В то время как другие инструменты CRISPR ограничены редактированием коротких сегментов ДНК в пределах одного гена, новый инструмент может привести к созданию приложений, способных удалять и заменять целые гены. Это может быть важно для использования CRISPR в лечении заболеваний. Некоторые недуги, такие как серповидноклеточная анемия, связаны с дефектной ДНК в одном гене, в то время как другие, такие как болезнь Альцгеймера, по-видимому, связаны с нарушениями в нескольких генах, где лучшим вариантом «является не редактирование гена, а его замена».
Ключевое отличие: белок Cpf1 (Cas12a)
Новый «бесклеточный» CRISPR-инструмент модифицирует гены, содержащиеся в плазмидах ДНК (молекулах, которые можно извлечь из клетки и манипулировать ими в пробирке). Ключевая особенность — использование белка Cpf1 (Cas12a) в качестве «ножниц» для вырезания и вставки целевой последовательности генетического кода.
Большинство текущих работ с CRISPR используют другой фермент — Cas9. Однако система CRISPR-Cas9, эффективная для модификации генов внутри клетки, показала плохие результаты в «бесклеточной» среде для быстрого создания сложных изменений в плазмидах ДНК.
«Когда Cas9 разрезает ДНК, результатом могут быть «тупые концы», в то время как Cpf1 производит «липкие концы». Тупые концы могут препятствовать обработке среза, что позволяет удалить участок генетического кода, а затем бесшовно вставить и присоединить новый код», — пояснила ведущий автор Бретт Сансбери.
От лаборатории к пациенту
Институт редактирования генов работает над применением прорыва CRISPR-Cpf1 для создания аналога «CRISPR на компьютерном чипе» в партнёрстве с коммерческой компанией в области диагностики рака для персонализированного лечения.
Хотя работа с инструментом CRISPR-Cpf1 подтвердила его полезность для надёжного редактирования ДНК в диагностических тестах, он ещё не полностью разработан как терапевтический инструмент для прямого лечения заболеваний. Однако, позволяя быстро и точно редактировать гены в пробирке, этот инструмент идеально подходит для изучения того, как CRISPR на самом деле модифицирует геном — процесс, который во многом остаётся загадкой.
«Когда вы работаете с CRISPR внутри клетки, вы работаете в чёрном ящике. Вы видите результаты — правки генов, но не обязательно понимаете, как вы к ним пришли. Это важно для обеспечения безопасности использования CRISPR для лечения пациентов», — отметил Эрик Кмиец.