Технология TALENs позволяет проводить сайт-специфичный мутагенез и редактирование генов в живых организмах
Исследователи из Университета штата Айова помогают развивать новые методы, позволяющие учёным проводить сайт-специфичный мутагенез и редактирование генов живых организмов.
Два исследователя, соавторы исследования, опубликованного на этой неделе в журнале Nature, прокладывают путь в создании заданных изменений в геноме живых рыбок данио-рерио с использованием сайт-направленных молекулярных ножниц — транскрипционных активатор-подобных эффекторных нуклеаз (TALENs).
С помощью системы TALENs исследователи впервые смогли вырезать участки ДНК данио-рерио и вставить искусственные замены. Это позволяет учёным деактивировать — и, возможно, активировать — целевые гены, открывая новые возможности для изучения генетики как на ранних стадиях развития, так и во взрослой жизни.
Эта инновация может иметь широкое применение в сельском хозяйстве и изучении болезней человека, считает Ин Ван, научный сотрудник в области генетики, развития и клеточной биологии и один из первых соавторов исследования.
«Эта работа имеет очень далеко идущие последствия по многим направлениям, — сказал Ван. — Она может привести к повышению устойчивости к болезням у сельскохозяйственных культур и продуктивных животных, а также потенциально предложить новые идеи в области генетики и болезней человека».
Данио-рерио — это небольшой пресноводный вид, обычно длиной всего в несколько сантиметров, который не выглядел бы неуместно в аквариуме зоомагазина. Исследователи из ISU содержат около 8000 таких рыб в резервуарах на кампусе для своих исследований. Несмотря на обычный вид, данио-рерио обладают несколькими чертами, которые делают их идеальными модельными организмами для генетических исследований.
Например, эмбрионы данио-рерио оплодотворяются вне тела матери, где их легко собрать и изучить, сказал Джеффри Эсснер, доцент кафедры генетики, развития и клеточной биологии и соавтор статьи. Эмбрионы также прозрачны, и их легко изучать под микроскопом, добавил Эсснер. Наконец, одна рыбка данио-рерио может производить до 400 эмбрионов в день, что обеспечивает обилие материала для исследований по манипуляции генами.
Эсснер отметил, что данио-рерио разделяют примерно 90% своего генома с человеком, поэтому изучение их развития может пролить новый свет на болезни человека. Это особенно верно для ранних эмбриональных стадий развития.
«Большинство раковых заболеваний вызваны спорадическими мутациями в генах с течением времени, — сказал Эсснер. — То, что мы делаем здесь, может привести к возможности манипулировать этими генами даже у взрослой особи».
Возможность активировать гены данио-рерио — по сути, включать и выключать их — может привести к прорывам в лечении рака и ряда других заболеваний у людей и животных.
Ван и Эсснер внесли вклад в работу команды из 16 соавторов статьи, которую возглавлял Стивен Эккер, молекулярный биолог из клиники Майо в Рочестере, штат Миннесота. Статья под названием «In vivo genome editing using high-efficiency TALEN systems» описывает усилия команды по повышению эффективности технологии TALENs и созданию точных методов редактирования генов.
Технология TALENs имеет корни в Университете штата Айова, сказал Ван. Адам Богданов, бывший профессор ISU по патологии растений и микробиологии, заложил большую часть основы для методов, использованных в статье, вместе с Дэном Войтасом, также бывшим профессором ISU; Бин Яном, доцентом кафедры генетики, развития и клеточной биологии; и Мартином Сполдингом, профессором генетики, развития и клеточной биологии.
С тех пор технология TALENs использовалась для манипулирования генетикой клеток, но, по словам Эсснера, группа Эккера первой применила TALENs для редактирования генов in vivo, то есть в живом организме. Статья является результатом более чем годового сотрудничества 16 соавторов, потребовавшего ежемесячных вебинаров и тесного взаимодействия.
«Мы просто в восторге от того, что стали частью этого совместного проекта, — сказал он. — Мы не можем дождаться, чтобы двигаться вперёд и продолжать совершенствовать эти методы редактирования генов».