Сжатие ДНК

Исследователи ETH разработали метод, позволяющий сжимать большие объёмы генетической информации и затем распаковывать её внутри клеток. Это может помочь в разработке новых методов терапии.

Ограниченная транспортная ёмкость

Метод вдохновлён сжатием цифровых файлов. Проблема биологов в том, что современные транспортные средства для доставки ДНК в клетки могут нести лишь ограниченное количество генетического материала.

Удаление повторов в ДНК

Основной принцип сжатия ДНК аналогичен архивации файла: элементы, часто встречающиеся в последовательности ДНК, передаются только один раз. Например, если четыре разных гена имеют один и тот же промотор, он будет включён в транспортную ДНК единожды.

Компактная упаковка и сборка в пункте назначения

Исследователи ETH используют «сжатое кодирование»: гены компактно собираются на двойной цепи ДНК вместе с общим промотором. Конструкция снабжается стоп-последовательностями и уникальными сайтами связывания для рекомбиназы — фермента, способного разрезать, вращать и собирать цепи ДНК.

«Рекомбиназа выполняет роль программного обеспечения для распаковки», — объясняет руководитель исследования Коби Бененсон. Внутри клетки она обеспечивает сборку компонентов сжатой ДНК в рабочем порядке, присваивая каждому гену его собственный промотор.

Генетические программы обнаруживают опухолевые клетки

Метод позволяет имплантировать в клетки млекопитающих крупные «генетические программы» — искусственные конструкции, выполняющие в клетках определённые задачи. Группа Бененсона работает над программами для терапии рака, способными:

• Обнаруживать специфические маркеры в клетке.
• Анализировать их концентрацию.
• Принимать решение, является ли клетка здоровой или опухолевой.
• Самостоятельно уничтожать раковую клетку.

Этот подход уже работает в клеточных культурах.

Более точная диагностика благодаря новому методу

Точность различения здоровых и раковых клеток с помощью существующих методов доставки ДНК недостаточна, так как невозможно одновременно использовать много маркеров из-за ограниченного объёма передаваемой ДНК.

«Идеальной была бы комбинация из четырёх-шести маркеров», — отмечает Бененсон. Для их обнаружения требуется соответствующее количество сенсоров (белков, РНК и компонентов ДНК), что увеличивает объём ДНК-чертежа. Новый метод сжатия и распаковки ДНК позволит реализовать дополнительные сенсоры и повысить точность диагностики.

Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.