Тысячи программируемых ДНК-резак найдены в водорослях, улитках и других организмах

Учёные из Института исследований мозга Макговерна MIT обнаружили тысячи программируемых ферментов, разрезающих ДНК, под названием Fanzors, у разнообразных видов — от улиток и водорослей до амёб. Fanzors — это РНК-направляемые ферменты, которые можно запрограммировать на разрезание ДНК в определённых участках, подобно бактериальным ферментам, лежащим в основе широко используемой системы редактирования генов CRISPR. Новое исследование, опубликованное 27 сентября в журнале Science Advances, выявляет огромное разнообразие природных ферментов Fanzor, что даёт учёным обширный набор программируемых инструментов для адаптации в исследованиях или медицине.

"РНК-направляемые системы позволяют создавать программируемые инструменты, которые очень просты в использовании. Поэтому, чем больше мы находим, тем лучше", — говорит сотрудник института Макговерна Омар Абудайе, руководивший исследованием вместе с Джонатаном Гутенбергом.

Исследователи обнаружили, что Fanzors были первыми такими ферментами, найденными у эукариот — широкой группы жизненных форм, включая растения, животных и грибы, которые характеризуются наличием мембраносвязанного ядра, хранящего генетический материал. Их бактериальные предшественники, по-видимому, попали в эукариотические клетки более одного раза, возможно, через вирусы или симбиотические бактерии.

Одна из надежд учёных заключается в том, что ферменты, естественным образом эволюционировавшие в эукариотах, могут лучше и безопаснее функционировать в клетках других эукариот, включая человека. Группа профессора Фэна Чжана ранее показала, что Fanzors можно запрограммировать на точное разрезание определённых последовательностей ДНК в клетках человека. В новой работе команда Абудайе и Гутенберга обнаружила, что некоторые Fanzors могут нацеливаться на последовательности ДНК в человеческих клетках даже без дополнительной оптимизации.

В результате масштабного поиска в генетических базах данных команда расширила известное разнообразие этих ферментов на порядок, обнаружив более 3600 Fanzors у эукариот и вирусов, которые их инфицируют. Исследователи идентифицировали пять различных семейств этих ферментов. Генетические и биохимические эксперименты показали, что Fanzors эволюционировали от бактериальных РНК-направляемых ДНК-резак под названием TnpB, но развили свой собственный активный центр для разрезания ДНК.

Это отличие, по-видимому, позволяет Fanzors работать более точно: в отличие от своих бактериальных предков, которые в пробирке проявляют неспецифическую активность, Fanzors лишены такой "беспорядочности". В тестах на человеческих клетках некоторые Fanzors смогли разрезать целевые последовательности в геноме с эффективностью около 10–20%.

"Это новая платформа, и у неё много возможностей", — говорит Гутенберг. Учёные надеются, что на основе Fanzors можно будет разработать разнообразные sophisticated инструменты для редактирования генома. "Открытие всего эукариотического мира для этих типов РНК-направляемых систем даст нам огромное поле для работы", — добавляет Абудайе.