Изследователите са идентифицирали нова система за редактиране на гени, подобна на CRISPR в сложни организми, демонстрирайки за първи път, че протеини, модифициращи ДНК, съществуват във всички царства на живота.
Фън Джанбиохимик в Широкия институт на Масачузетския технологичен институт и Харвард и Института Макгавърн за мозъчни изследвания в Масачузетския технологичен институт, ръководи екипа и преди това съвместно открива потенциала за редактиране на гени на Система CRISPR-Cas9който функционира като вид „молекулярни ножици“, които премахват участъци от ДНК, като по този начин дезактивират гените или позволяват нови да бъдат сменени.
Преди това откритие такива системи са били открити само в прости организми като бактерии и археи, които ги използват като нещо като елементарна имунна система за нарязване на ДНК на нашественици. Изследователите откриха новооткритата система, наречена Fanzor, в гъбички, водорасли, амеби и видове миди, разширявайки значително групите, за които е известно, че използват тези генетични инструменти.
„Хората твърдят с такава сигурност от толкова време, че еукариоти [organisms whose complex cells contain nuclei] не може да има подобна система“, каза Итън Биър, генетик от Калифорнийския университет в Сан Диего, който използва генно редактиране в работата си, но не е участвал в изследването. „Но това е типична хитрост от лабораторията Джанг, доказвайки им, че грешат“, каза Биер пред Live Science.
Свързани: Редактирани с CRISPR мазнини намаляват тумори при мишки. Някой ден може да проработи и при хората, казват учените.
След публикуването на техните първа хартия на CRISPR през 2013 г. Джан и колеги започнаха да изучават как се развиват тези системи. По време на тази работа групата идентифицира a клас протеини в бактерии, наречени OMEGA, смятани за ранни предшественици на протеините Cas9, „ножиците“ на системата CRISPR. Те започнаха да подозират, че протеините Fanzor, вид OMEGA, също могат да модифицират ДНК.
Групата провери онлайн базите данни за протеините и бяха изненадани да открият няколко в проби, изолирани от гъбички, протистичленестоноги, растения и гигантски вируси. Мисленето, каза Джанг, е, че гените, необходими за производството на протеини Fanzor, са преместени от бактерии в сложни организми чрез процес, известен като хоризонтален генен трансфер. Гените, които кодират протеините на Fanzor, са интегрирани в геномите на еукариотните организми в преносими елементи, което означава части от ДНК, които могат да се движат в генома и да се репликират.
В експерименти изследователите установиха, че протеините Fanzor споделят някои прилики с CRISPR. Протеините Fanzor също взаимодействат с водещата РНК, молекула, която насочва протеините към ДНК, предназначена да бъде нарязана. Тази молекула, наречена омегаРНК, допълва веригата на целевата ДНК. Когато съвпадат, двете части се затварят заедно и Fanzor може да изреже ДНК.
Екипът тества системата Fanzor в човешки клетки, но първоначално установи, че тя е относително неефективна при добавяне или премахване на части от ДНК, завършвайки процеса успешно около 12% от времето. След известно творческо инженерство за подобряване и стабилизиране на системата обаче изследователите увеличиха ефективността до малко над 18%.
Тази неефективност не е изненадваща, според Биер, нито знак, че Fanzor не е толкова добър, колкото CRISPR. Учените са проектирали CRISPR, така че да може да прави желаните замествания почти всеки път, но „със сигурност не е започнало по този начин“, каза той. Но Bier добави, че ще бъде трудно за Fanzor да се сравни с Cas9, който той нарече „най-адаптивният и прощаващ протеин за видовете неща, които искате да направите с него.“
Вместо това Fanzor вероятно ще допълни CRISPR, който е бил използван както в изследвания, така и в експериментални медицински лечения за състояния като слепота и рак.
В сравнение с CRISPR, „системите Fanzor са по-компактни и следователно имат потенциала да бъдат по-лесно доставени до клетки и тъкани“, каза Джанг, и те са по-малко склонни към случайно разграждане на близката РНК или ДНК – така наречените нецелеви или странични ефекти. Това прави Fanzor привлекателен за използване в генна терапия.
Джан каза на Live Science, че сега е развълнуван да търси подобни системи на нови места.
„Тази работа наистина подчертава силата на изучаването на биоразнообразието“, каза Джан. „Вероятно в природата има повече РНК-насочвани системи, които обещават бъдеще за редактиране на гени.“