Исследователи, открывшие молекулярные ножницы для редактирования генов, теперь разработали похожий метод для нацеливания на РНК (рибонуклеиновой кислоты, "сестры" ДНК) и её последующей модификации. Новый "режущий" инструмент должен помочь учёным лучше понять роль РНК, которую она играет в клетках и различных болезнях.
Кроме того, специалисты считают, что технология однажды может оказаться полезной в лечении некоторых болезней, например, сердечных.
Учёные, работавшие во главе с Фэном Чжаном (Feng Zhang) из Института Броуда (Broad Institute), использовали технологию CRISPR для разработки методики. CRISPR ранее использовалась для редактирования ДНК, но в теории метод мог быть также применён и для РНК.
Новые данные, опубликованные в научном издании Science, были получены после систематического изучения различных аспектов естественной защитной системы, которая используется бактериями. Учёные уже много лет ищут способ заимствовать её у микроорганизмов, чтобы в конечном счёте применить её для помощи людям.
В своей работе учёные отмечают, что долгое время РНК недооценивали, считая её просто посредником, несущим генетическую информации от ДНК к рибосомам, где она руководит производством белка. Но в последние десятилетия исследователи не раз опровергали это поверхностное мнение.
Теперь они стремятся разработать инструменты для исследования, отслеживания и даже манипулирования РНК в живых клетках.
В 2013 году команда учёных из MIT, Гарварда, Сколтеха, Университета Ратгерса и Национальных институтов здоровья США выяснила, как манипулировать генетической бактериальной иммунной системой. Она может идентифицировать и атаковать вторжение болезнетворных организмов с помощью обрезания участков своей ДНК. Этот метод CRISPR-Cas сегодня используется многими учёными для изменения последовательности ДНК, в том числе и в клетках человека.
Теперь же исследователи обнаружили ещё один вариант системы CRISPR-Cas в бактерии вида Leptotrichia shahii. Такая система, названная C2c2, способна избирательно разрезать только РНК.
Специалисты внедрили C2c2 в бактерию E. coli, где она "заглушила" ген, разрезав РНК, которая несёт генетическую информацию к рибосомам.
"Выключение" генов с использованием C2c2 может сделать болезнетворные микроорганизмы безвредными, объясняет учёный Джон Росси (John Rossi).
Чжан замечает, что уже долгое время увлечён идеей развития системы нацеливания на РНК. Его команда учёных рассматривала различные виды системы CRISPR, чтобы выяснить их функции, и, как выяснилось, только C2c2 может быть нацеленной на РНК. Также как система Cas9, которая может быть направлена на конкретную ДНК, C2c2 может быть направлена прямо в необходимую последовательность РНК.
"Природа уже давно придумала эти интересные механизмы. Мы просто пытаемся выяснить, как они работают, чтобы затем превратить их в инструменты, которые будут полезны нам", — говорит Чжан, сравнивая себя с охотниками за сокровищами.
Его коллега Евгений Кунин из Национального центра биотехнологической информации, соавтор исследования, говорит: "Эволюция жизни в большой степени представляет собой историю взаимоотношений хозяина и паразита. Когда мы исследует эту "гонку вооружений" между ними, мы обнаруживаем всё более и более сложные и новые пути, в которых клеточные организмы справляются с паразитами и нейтрализуют их".
По мнению Чжана, новая публикация не повлияет на не прекращающийся спор о патенте. Суть вопроса в том, кто получит права на метод генного редактирования, известного как CRISPR–Cas9. Команда Чжана была первой, использовавшей CRISPR–Cas9 в клетках млекопитающих. Другая команда учёных под руководством Дженифер Дудны (Jennifer Doudna) из Университета Калифорнии и французской исследовательницы Эммануэль Шарпентье (Emmanuelle Charpentier) была первой, которая опубликовала научную статью, описывающую метод CRISPR–Cas9 и его деятельность в клетках бактерий.
К слову, Дудна является соавтором другой научной работы, опубликованной в журнале Cell четыре месяца назад. В ней система CRISPR–Cas9 использовалась для редактирования РНК в клетках млекопитающих, в то время как новая публикация Чжана направлена на бактерии.
Два метода могут стать взаимодополняющими подходами для одной и той же цели, или же один может оказаться более эффективным, чем другой. Учёные оценили работу своих конкурентов, а также "разрекламировали" преимущества своих методов.
Так, по словам Чжана, его технология опирается на существующую природную систему и по этой причине может быть более эффективной, чем подход, требующих больших манипуляций.
Ген Ё (Gene Yeo), ведущий автор работы, опубликованной в Cell, говорит, что он сотрудничал одновременно и с Дудна, и с Чжаном. Он считает, что новая публикация является своего рода "дружественной конкуренцией", которая двигает науку вперёд.
"Всегда есть небольшой соревновательный момент между большими группами, включая и меня. Я считаю, что научная конкуренция – это к лучшему. Люди, таким образом, стремятся раздвинуть границы познания как можно дальше", — говорит он.
И хотя Ё отмечает, что эффективность работы системы C2c2 пока не была продемонстрирована в работе на клетках млекопитающих, Чжан говорит, что результаты его работы дают надежду на положительный ответ.
Добавим, что оба нацеленных на РНК подхода должны пройти длинный путь, прежде чем они будут испытаны на людях. Но шансы, что когда-нибудь это случится, велики, говорит Ё.
Нацеливание на РНК также позволит выяснить, как внесённые в РНК изменения отразятся на биологии и развитии болезней. "Я считаю, что мы сможем наблюдать целую лавину этих изменений, что позволит нам отслеживать и изучать РНК. Это помогает нам думать об РНК не просто как о промежуточном звене между ДНК и белком, но и как о терапевтическом средстве для лечения заболеваний и проблем развития", — добавляет Ё.
Напомним, что одноцепочная РНК помогает создавать белки, необходимые для жизни. Многие болезни являются результатом слишком большого или напротив слишком малого количества сгенерированных белков. Теоретически, по мнению специалистов, с помощью воздействия на РНК можно "подтолкнуть" уровень белков вверх или вниз.
Кроме того, манипуляция с РНК создаёт меньше этических проблем, нежели манипуляции с ДНК. Хотя, как считают некоторые учёные, редактирование генов останется лучшим подходом для лечения некоторых заболеваний.
"Проблема с редактированием ДНК в том, что процедура необратима. Это было бы неплохо, но что если учёные допустят ошибку?", — рассуждает Ё. В некоторых случаях, например, при работе с клетками мозга, механизмы исправления ДНК настолько сильны, что было бы более эффективно воздействовать на РНК, а не редактировать ДНК, считает он.
В научной статье, опубликованной в Science, также сообщается, что C2c2 можно будет использовать для добавления флуоресцентных меток в РНК. Это позволит отслеживать перемещения молекулы в клетке и лучше понять её работу.
