Новая роль для рыбок данио: Крупномасштабные исследования функции генов
Новый метод редактирования специфических последовательностей ДНК у рыбок данио может значительно ускорить открытие функции генов и идентификацию генов болезней у человека. К такому выводу пришли учёные из Национального института исследования генома человека (NHGRI), входящего в Национальные институты здоровья (NIH).
В исследовании, опубликованном онлайн 5 июня 2015 года и вышедшем в июльском номере журнала Genome Research, учёные сообщили, что технология редактирования генов CRISPR/Cas9 в шесть раз эффективнее других методов в нацеливании на нужные гены и вставке или удалении специфических последовательностей. Также было показано, что метод CRISPR/Cas9 можно использовать в «мультиплексном» режиме — одновременно нацеливаться и мутировать несколько генов для определения их функций.
«Мы создали целый конвейер для "нокаута" множества генов и быстрого тестирования их функции на позвоночной модели», — сказал Шон Бёрджесс, доктор философии, старший научный сотрудник NHGRI.
Такое крупномасштабное (high-throughput) нацеливание на гены в животной модели особенно полезно для геномных исследований человека. По словам доктора Бёрджесса, лишь 10–20% известных человеческих генов прошли столь строгое тестирование. Функции многих других генов лишь предполагаются или они идентифицированы как возможные гены болезней, но не подтверждены «нокаутом» в животных моделях.
Как работает метод
Метод CRISPR/Cas9, смоделированный на основе защитного механизма бактерий против вирусов, — один из ключевых компонентов подхода. Аббревиатура CRISPR означает «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами». Белок Cas9 — это нуклеаза, которая разрезает ДНК в двух местах, вырезая или позволяя вставить нужный фрагмент.
Второй ключевой компонент — рыбка данио (Danio rerio). Около 70% генов данио имеют аналоги у человека. Они дешевле в содержании, чем мыши, размножаются быстрее (самка может отложить до 200 икринок за раз), а их прозрачные эмбрионы, оплодотворяемые внешне, легко доступны для исследований.
Результаты эксперимента
Для демонстрации осуществимости высокопроизводительного редактирования исследователи нацелились на 162 участка в 83 генах данио, около 50 из которых похожи на гены, вовлечённые в глухоту у человека. Это привело к мутациям в 82 из 83 генов.
Скрининг эмбрионов с помощью флуоресцентной полимеразной цепной реакции (ПЦР) и высокопроизводительного секвенирования ДНК показал, что в целом мутации передавались следующему поколению в 28% случаев. Этого достаточно, чтобы выявить большинство мутаций при скрининге потомства.
Перспективы
Метод CRISPR/Cas9 работает и на мышах, но это дороже и занимает больше времени. В конечном счёте, лаборатория доктора Бёрджесса надеется «нокаутировать» около 10% из примерно 25 000 генов данио.
«Мы показали, что при относительно умеренных ресурсах можно проанализировать сотни генов. В масштабах большой науки можно нацелиться на каждый ген в геноме при сравнительно скромных инвестициях в десятки миллионов долларов», — отметил доктор Бёрджесс.