Редактирование генома

Возможность редактировать гены столь же революционна, полезна и безгранична в потенциале, как печатный станок Иоганна Гутенберга. И как изобретение Гутенберга, большинство инструментов редактирования ДНК медленны, дороги и сложны в использовании — блестящая технология в зачаточном состоянии. Исследователи из Гарварда, разрабатывающие инструменты редактирования геномного масштаба, быстрые и простые, как текстовый редактор, переписали геном живых клеток, используя генетический эквивалент функции «найти и заменить», — и объединили эти изменения в новых штаммах клеток, радикально отличающихся от предшественников.

Цели изменений

По словам профессора генетики Джорджа Чёрча, возглавлявшего исследование, такие изменения служат трём целям:

1. Добавить функциональность клетке, закодировав полезные новые аминокислоты.
2. Ввести защитные механизмы, предотвращающие перекрёстное загрязнение между модифицированными и дикими организмами.
3. Обеспечить устойчивость к множеству вирусов, переписав код, который они используют. В отраслях, культивирующих бактерии (фармацевтика, энергетика), такие вирусы поражают до 20% культур, нанося ущерб в сотни миллионов долларов.

Метод и результаты

В статье, опубликованной 15 июля в Science, исследователи описали, как они заменили экземпляры кодона — «слова» ДНК из трёх нуклеотидных букв — в 32 штаммах E. coli.

• Целью был самый редкий в геноме E. coli стоп-кодон TAG (встречается 314 раз). Его заменили на другой стоп-кодон, TAA.
• Использовалась платформа MAGE (мультиплексное автоматизированное инженерное редактирование генома), позволяющая ускорять целевые генетические изменения в живых клетках.
• MAGE дал клетки с частичной заменой. Затем с помощью нового метода CAGE (конъюгативная сборка геномной инженерии), использующего естественную способность бактерий к обмену генами (конъюгации), учёные объединили изменения из 32 штаммов.
• Процесс CAGE сравнивают с турнирной сеткой («Мартовское безумие»), где на каждом этапе побеждают клетки с большим числом замен TAA. В итоге были получены штаммы, в которых собрано более 80 изменений в участках хромосомы длиной более 1 млн пар оснований ДНК. Клетки оставались здоровыми.
• 314 замен — это на два порядка больше, чем позволяют современные методы.

Следующие шаги и значение

Исследователи уверены, что создадут штамм, в котором кодон TAG будет полностью удалён. Следующий шаг — удаление клеточного механизма, считывающего TAG, что освободит этот кодон для совершенно новой цели, например, кодирования новой аминокислоты.

«Мы пытаемся бросить вызов, — говорит соавтор Харрис Ван, — заставить людей думать о геноме как о чём-то высокопластичном, доступном для редактирования».