Молекулярные биологи из США, Швеции и Китая создали новую версию популярного геномного редактора CRISPR/Cas9, которая позволяет фактически безошибочно удалять мутации длиной всего в одну «букву» ДНК и точечно исправлять ошибки в генах, говорится в серии статей, опубликованных в журнале Nature.

«Эти белки можно назвать самым продвинутым, острым и точным генетическим скальпелем, который позволит нам проводить самые деликатные геномные "операции» в самых труднодоступных клетках. Он станет незаменимым помощником для биоинженеров и ученых и, возможно, в конечном итоге войдет в клиническую практику и позволит нам собирать уникальные «авторские» геномы, в том числе и в клетках человека", — прокомментировал открытие Крис Саха (Chris Saha) из университета штата Висконсин в Мэдисоне (США).

Геномный редактор CRISPR/Cas9, названный главным научным прорывом 2015 года, был создан американским ученым Фэнем Чжаном (Feng Zhang) и рядом других молекулярных биологов примерно три года назад, и с тех пор он пережил несколько модернизаций, которые позволяют ученым использовать его для редактирования генома со стопроцентной точностью.

Главным недостатком этой системы модификации генома, как пишут участники сразу трех научных групп, являлось то, что CRISPR/Cas9 позволяет редактировать участки ДНК длиной в несколько десяток «букв». Подобный «блоковый» характер редактирования не мешает опытам по созданию новых трансгенных организмов, но он избыточен и даже вреден для медицинских целей – зачастую исправление того или иного гена требует точечного удаления или замены всего одной «буквы»-нуклеотида.

© Фото: Ian Slaymaker, Broad Institute

Дэвид Лиу (David Liu) из Гарвардского университета, Эммануэль Шарпентье (Emmanuelle Charpentier) из университета Умеа (Швеция) и Чживей Хуан (Zhiwei Huang) из Технологического института Китая (Харбин) нашли два способа избавить CRISPR от этого недостатка.

Первый из них заключается в том, что ученые «приклеили» белок CRISPR к другому ферменту, который преобразует один тип нуклеотидов в другой (цитозин в тимин в данном случае), благодаря чему, используя обычные «шаблоны» участка с неправильным нуклеотидом, его можно использовать для исправления единичных опечаток.

Второй способ состоит в том, что вместо Cas9 используется другой бактериальный белок Cpf1, который Шарпентье и Хуан независимо друг от друга выделили из организма двух разных микробов – внутриклеточного паразита Francisella novicida и бактерии микрофлоры Lachnospiraceae. Он особым образом взаимодействует с РНК-«шаблонами», по которым осуществляется редактирование генома, позволяя им содержать минимальное число букв. Пока ученые не приспособили этот белок для редактирования генома, но они уверены, что у них это получится сделать.

Главной особенностью обоих методов является то, что применение подобных вариаций CRISPR не приводит к появлению двухнитевых разрывов в спирали ДНК после удаления неправильной «буквы», что обычно провоцирует появление еще большего числа мутаций. Это дает надежду на то, что в ближайшее время человечество получит медицинский инструмент, способный удалять точечные мутации из генома человека, часто являющиеся причиной развития рака и целого ряда тяжелых врожденных болезней.