Новые CRISPR-системы расширяют возможности для исследований и биомедицины

Исследователи из Университета Дьюка и Университета штата Северная Каролина обнаружили несколько новых CRISPR-Cas систем, которые могут расширить возможности уже революционного инструментария для редактирования генов и манипуляций с ДНК.

Среди новых кандидатов одна система, найденная в бактериях, часто присутствующих в молочных коровах, показывает особые перспективы для здоровья человека. Её эффективность сопоставима с оригинальной и наиболее широко используемой системой CRISPR-Cas, но её малый размер позволяет легче упаковывать её для доставки в клетки человека. Она также может нацеливаться на специфические последовательности генов, недоступные другим системам, и иммунная система человека, вероятно, с ней ранее не сталкивалась.

Результаты опубликованы онлайн 14 марта в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Большинство последующих исследований с CRISPR основаны на противовирусном механизме защиты бактерии Streptococcus pyogenes. Однако другие виды бактерий также имеют схожие защитные системы с широким спектром потенциальных возможностей и ограничений.

«Мы хотели изучить бактерии, найденные в более специфичных условиях, на предмет различных CRISPR-систем, которые могут обладать иными свойствами», — сказал Чарли Герсбах, профессор биомедицинской инженерии в Университете Дьюка.

Для этого группа обратилась к эксперту по CRISPR Родольфу Баррангу из NC State, чья лаборатория ранее охарактеризовала CRISPR как защитную систему в бактериях, используемых в молочных заквасках. Его лаборатория разработала вычислительный процесс «CRISPRdisco» для идентификации CRISPR-Cas систем в больших базах данных бактериальных геномов.

Программа выявила более 1000 различных неисследованных CRISPR-систем, из которых исследователи отобрали 50 кандидатов для тестирования в лаборатории Герсбаха. Системы проверялись на способность репрессировать и активировать гены, а также редактировать геном и эпигеном.

Четыре системы показали хорошие результаты, но одна выделялась своей универсальностью. Названная SubCas9, эта перспективная CRISPR-компонента была найдена в Streptococcus uberis — бактериях, часто встречающихся у молочных коров и используемых в некоторых пробиотических продуктах для человека.

Перспективы SubCas9:

• Меньший размер, чем у традиционно используемого Cas9, что облегчает доставку в ткани человека.
• Иная специфичность цели: в то время как наиболее распространённый Cas9 работает с участками ДНК, прилегающими к последовательности «GG», новая система нацелена на сайты рядом с паттернами «AATA» или «AGTA». Это даёт исследователям гибкость для точного выбора целевого сайта.
• Низкая вероятность предсуществующего иммунитета: S. uberis нечасто встречается у людей, в отличие от видов бактерий, из которых выделены более распространённые белки Cas9. Это означает, что иммунная система большинства людей не распознает SubCas9 при терапевтическом применении.

В дальнейшем исследователи проверяют, действительно ли SubCas9 избегает предсуществующего иммунитета, тестируют её включение в различные клеточные и генные терапии и планируют продолжить поиск новых систем в обширных метагеномных базах данных бактерий.

«Помимо терапевтического потенциала, бактерии, адаптированные к разным средам, несут эффекторы, лучше подходящие для различных хозяев, что открывает большие возможности для открытия систем, более пригодных для растений, скота и экологических приложений», — отметил Баррангу.