Ученые из Федерального института технологии в Цюрихе (ETH) совершили революцию в технологии редактирования генов CRISPR-Cas. Теперь можно одновременно модифицировать 25 генов клетки – вместо одного. И это число может быть увеличено до десятков или даже сотен генов, говорится на сайте ETH.

Статья с подробным описанием разработки опубликована в журнале Nature Methods.

CRISPR-Cas – биотехнологический метод, который позволяет относительно быстро и просто манипулировать отдельными генами в клетках: гены можно удалить, заменить или изменить. Кроме того, ученые в последние время активно используют «генетические ножницы», чтобы увеличить или уменьшить активность отдельных генов. Этот метод стал очень популярным за очень короткое время, как в фундаментальных биологических исследованиях, так и в прикладных областях, таких как селекция растений.

Как правило, исследователи могли модифицировать только один ген за один раз. Иногда им удавалось проделать все манипуляции с двумя или тремя «мишенями» в одно время, и лишь в одном случае они смогли отредактировать семь генов одновременно.

Для CRISPR-Cas требуется фермент, известный как Cas, и небольшая молекула РНК. Ее последовательность нуклеиновых оснований служит «адресной меткой», которая направляет фермент точно к назначенному участку воздействия на хромосомы. Ученые ETH создали плазмиду, или кольцевую молекулу ДНК, которая хранит схему фермента Cas и многочисленные молекулы РНК, расположенные в последовательностях: другими словами, целый «справочник адресов» (адресов может быть 25 и больше). В своих экспериментах исследователи вставили эту плазмиду в клетки человека, демонстрируя тем самым, что несколько генов можно модифицировать и регулировать одновременно.

Еще одно новшество: для новой методики ученые взяли не фермент Cas9, который до сих пор использовался в большинстве методов CRISPR-Cas, а связанный с ним фермент Cas12a.

Он не только может редактировать гены, но также может разрезать длинный «список адресов РНК» на отдельные «адресные метки». Кроме того, Cas12a может обрабатывать молекулы с более коротким адресом РНК, чем Cas9. Чем короче эти последовательности адресации, тем большее последовательностей можно разместить на плазмиде, отмечают ученые.

Усовершенствованный метод позволяет редактировать сразу целые сети генов – например, сети, которые отвечают за дифференциацию клеток в нейрональные стволовые и иммунные клетки. Более того, он прокладывает путь для сложного, масштабного программирования клетки: с его помощью можно в одно время повысить активность одних генов и снизить активность других.

Новые «генетические ножницы» представляют особый интерес для фундаментальных исследований: с их помощью можно изучить, например, поведение различных типов клеток или природу сложных генетических нарушений. Применение они найдут также в заместительной клеточной терапии, которая включает замену поврежденных клеток здоровыми. В этом случае исследователи могут использовать метод для преобразования стволовых клеток в дифференцированные клетки, такие как нейрональные клетки или бета-клетки, производящие инсулин, или наоборот, для получения стволовых клеток из дифференцированных клеток кожи.