Обнаружены сотни новых потенциальных инструментов для редактирования генов

Системы CRISPR-Cas, открытие которых было отмечено Нобелевской премией в 2020 году, произвели революцию в биотехнологиях. Однако они позволяют вносить лишь небольшие изменения в гены. В последние годы ученые обнаружили в бактериях другую систему — CRISPR-ассоциированные транспозоны (CASTs). Она уникальна способностью вставлять целые гены или крупные последовательности ДНК в геном, что открывает путь к более мощным методам редактирования.

Новое исследование Техасского университета в Остине значительно расширяет количество известных природных версий этой системы, предоставляя исследователям множество потенциальных новых инструментов для масштабного редактирования генов.

Ранее было идентифицировано около дюжины кластеров генов CASTs. Команда под руководством Ильи Финкельштейна и Клауса Вилке увеличила это число до почти 1500 вероятных CASTs. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«С помощью CASTs мы потенциально можем вставлять множество генов, так называемых "генетических кассет", кодирующих несколько сложных функций», — сказал Финкельштейн.

Это открывает возможность лечения сложных заболеваний, связанных более чем с одним геном. Нобелевский лауреат Дженнифер Дудна предсказала, что CASTs станут критически важным элементом в расширении инструментария генетических инженеров.

Используя суперкомпьютер Stampede2 в Техасском центре передовых вычислений (TACC), команда проанализировала крупнейшую в мире базу данных фрагментов геномов микробов. Без ресурсов TACC это было бы невозможно — анализ на мощном настольном компьютере занял бы годы, а на суперкомпьютере завершился за несколько недель.

В результате было обнаружено 1476 новых предполагаемых CASTs, включая три новых семейства, что удвоило число известных семейств. Несколько из них уже экспериментально подтверждены.

«Имея всего несколько [CASTs], маловероятно, что у вас есть лучшие из существующих», — сказал Вилке. — «Имея более тысячи, мы можем начать выяснять, с какими из них проще работать, какие наиболее эффективны или точны».

В краткосрочной перспективе многие из этих систем можно адаптировать для генной инженерии бактерий. Долгосрочная задача — «одомашнить» системы для работы в клетках млекопитающих.

«Святой Грааль — заставить это работать в клетках млекопитающих», — заключил Финкельштейн.