Оръжие, което вирусите използват в непрестанната си война с бактерии, може да се използва за изключване на най-мощния инструмент за редактиране на ген в света.
Това от своя страна би могло да намали риска, че бактериалната система за рязане и пастиране, наречена CRISPR-Cas9, щрака погрешни гени и въвежда бягащи генетични промени при хора или други видове в дивата природа.
В ново проучване учените откриват, че мъничък протеин изключва системата и поне в чаша на Петри протеинът работи в човешките клетки, казаха изследователите.
"Това е просто един единствен протеин, който можем да направим в клетката или да доставим в клетката, който ще изключи Cas9, ще го спре да свързва и реже ДНК", казва авторът на изследването Джоузеф Бонди-Деноми, микробиолог от Калифорнийския университет, Сан Франциско.
Генетична находка и замяна
Комплексът CRISPR-Cas9 е мощен инструмент в бактериалната имунна защита срещу нахлуващи вируси. Когато вирусът се инфилтрира в бактериална клетка, бактериите мобилизират последователност от ДНК, наречена CRISPR, или „групирани редовно, преплитащи се с къси палиндромни повторения“. ДНК се състои от къси блокове от повтарящи се базови двойки, разделени с дистанцираща ДНК. Бактериите копират и вмъкват вирусната ДНК последователност в CRISPR областта и произвеждат две нишки от РНК. След това тази РНК се свързва с ензим, наречен Cas9, който действа като двойка направлявани ножици, насочва се към целевата вирусна ДНК и я откъсва. Накрая клетката ремонтира ДНК, заменяйки изтрития фрагмент на ДНК с друго заместващо парче (предоставено от учени). По същество системата CRISPR / Cas9 може да се използва като генетично „намери и замени“.
Лесността на използване на системата CRISPR означава, че тя може да се използва за почти всяка техника за редактиране на ген. Например лекарите могат един ден да редактират имунните клетки на човека в лабораторията, за да разпознаят раковите клетки, и след това да инжектират тези клетки обратно в човек като целево лечение на рак, каза Бонди-Деноми. Наскоро изследователите в Китай използваха CRISPR за редактиране на човешки ембриони със сериозни генетични дефекти, въпреки че не позволиха на ембрионите да узреят.
Нецелеви ефекти
Въпреки това, системата за редактиране на ген има проблем: тя все още понякога отрязва грешните ДНК последователности. Cas9 също се придържа твърде дълго; отнема около 24 часа, за да може половината от Cas9 да бъде разградена от клетка, което й дава достатъчно време да прави разфасовки на ДНК извън целта, заяви Бонди-Деноми пред Live Science.
Следователно, ако Cas9 има "изключен" превключвател, това би направило възможността за човешки генетичен инженеринг по-безопасна, каза Бонди-Деноми.
Той и неговите колеги разсъждават, че вирусите трябва да имат някакъв начин да изключат CRISPR / Cas9. За да се възпроизведат, вирусите често вкарват собствената си ДНК в генома на бактерията, като сплотяват генетичната машина на клетката, за да правят много копия на вирусна ДНК. Следователно по тази логика вирусите трябва да имат начин да деактивират CRISPR / Cas9, или иначе понякога имунната система на бактериите би идентифицирала целевата вирусна ДНК в собствения си геном, изрязала я и се самоунищожила, Бонди-Деноми и неговите колеги казаха.
"Cas9 трябва да направи РНК, която след това ще разцепи вируса, който случайно е в собствения си геном - не е достатъчно умен, за да знае, че е в собствения си геном", казва Бонди-Деноми пред Live Science. Екипът аргументира, че ако бактериалната клетка е стабилен и не се самоунищожава, "тогава може би този вирус прави протеинов инхибитор."
Тогава екипът прегледа 300 щама на Listeria бактерии, които причиняват болести, пренасяни с храна, за признаци, че вирусна ДНК е проникнала в бактериалния геном. И все пак бактериите не се самоунищожават. Оттам потърсиха протеини, които се инактивираха Listeriaверсия на Cas9, която е много подобна на тази, използвана в повечето лаборатории по света, наречена SpyCas9.
Екипът откри четири анти-CRISPR протеини, два от които работеха срещу често използвания SpyCas9, съобщават изследователите днес (29 декември) в списание Cell. В чаша на Петри тези два анти-CRISPR протеина също са работили в човешки клетки, за да деактивират системата CRISPR / Cas9.
По-безопасна техника
Екипът все пак трябва да докаже, че използването на анти-Cas9 протеини намалява потенциала на рязане на Cas9 извън целта и те не знаят колко дълго протеинът се задържа в клетките. Ако обаче могат да покажат, че протеинът работи in vivo, новото откритие би имало потенциал да направи редактирането на гени по-безопасно чрез елиминиране на Cas9 бързо.
„Не разчитате на пасивната му деградация; всъщност гарантирате, че тя ще бъде изключена“, каза Бонди-Деноми.
Техниката може да се използва и за други приложения. Например, хората са обсъдили използването на Cas9 за въвеждане на мутантен ген в цяла популация от комари, за да ги изкорени или предотврати разпространението на някои заболявания.
"Това е по същество отприщване на биотеррор върху организма", което може да има добри, лоши или напълно непредвидими последици, каза Бонди-Деноми. Така че тези анти-CRISPR протеини биха могли да бъдат удобен изключвател или механизъм за контрол, който да се използва в случай, че подобна видова техника трябва да бъде ограничена, каза Бонди-Деноми.
