Ученые разработали модель, которая успешно объясняет ошибки редактирования генома системой CRISPR/Cas9. Пока исследователям не удалось создать никогда не ошибающийся метод внесения исправлений в ДНК, что ограничивает возможное применение этой технологии. Статья с результатами опубликована в журнале Cell Reports.

Открытие белка Cas9, системы бактериального иммунитета CRISPR и возможности их совместного направленного использования стали одними из самых значимых событий в биологии за последние годы. С их помощью стало возможно направленно редактировать геном, что дает надежду на разработку лекарств от многих наследственных заболеваний с известной генной основой. Система работает благодаря способности Cas9 разрезать ДНК, что позволяет удалить испорченный участок или вставить необходимый. Изначально ученые думали, что CRISPR/Cas9 действует без ошибок, но в дальнейшем это оказалось неправдой.

На самом деле Cas9 разрезает не только участки, комплементарные соответствующей РНК, но и похожие на них, отличающиеся на небольшое количество нуклеотидов. Согласно выводам новой работы, такая ограниченная неразборчивость выгодна с эволюционной точки зрения.

«Вирусы постоянно мутируют, поэтому их геном может отличаться от хранящегося в бактериальном иммунитете, — говорит соавтор работы Мартин Депкен из голландского Делфтского технического университета. — Разрезая также немного отличающиеся ДНК, CRISPR/Cas9 борется с эволюционирующими вирусами и обеспечивает бактерии лучшую защиту».

Авторы решили разобраться с вопросом, почему Cas9 с разной вероятностью разрезает одинаково несоответствующие шаблонной РНК участки генома. Белок проверяет ДНК на соответствие, начиная с одного конца. За каждое совпадение ему предоставляет дополнительная энергия, в то время как несовпадения энергозатратны. Согласно новой идее, если ДНК отличается от шаблона несколькими буквами в конце, то энергии может хватить для их преодоления и ДНК будет разрушена даже при неполном соответствии. Однако если несоответствие находится в начале или их несколько подряд, то проверка, скорее всего, быстро закончится.

Следующим шагом нужно будет учитывать физические свойства самого белка Cas9. В некоторых ситуациях есть выбор из нескольких мест для разрезания, и будущая модель должна показать, на какой участок лучше нацеливаться.