Ферменты помогли генетикам изменить ДНК

Иллюстрация демонстрирует единичные молекулы ДНК, прикреплённые к магнитным шарикам для последующего растяжения

Иллюстрация демонстрирует единичные молекулы ДНК, прикреплённые к магнитным шарикам для последующего растяжения
(иллюстрация Mark Szczelkun).

CRISPR-ферменты изначально были обнаружены у бактерий, как часть их иммунной системы, защищающей микроорганизмы от вирусов-бактериофагов

CRISPR-ферменты изначально были обнаружены у бактерий, как часть их иммунной системы, защищающей микроорганизмы от вирусов-бактериофагов
(фото Wikimedia Commons).

Иллюстрация демонстрирует единичные молекулы ДНК, прикреплённые к магнитным шарикам для последующего растяжения
CRISPR-ферменты изначально были обнаружены у бактерий, как часть их иммунной системы, защищающей микроорганизмы от вирусов-бактериофагов

Исследователи из университета Бристоля, Литовского института биотехнологий и университета Мюнстера подробно изучили процесс воздействия ферментов на последовательности ДНК. Таким образом учёные приблизились к созданию безопасной технологии редактирования генома для будущего лечения пациентов с тяжёлыми генетическими заболеваниями.

В рамках своей работы учёные изучали процесс, при котором класс ферментов CRISPR связывает и изменяет структуру ДНК. Этот класс впервые был открыт в 1980-х годах у бактерий и изначально отнесён к системе иммунной защиты их организма. CRISPR-ферменты помогают микробам противостоять вирусам, как выяснили биологи более 30 лет назад.

Недавно учёные выявили один тип CRISPR-ферментов, получивший название Cas9, и сообщили, что он может быть использован для редактирования генома человека. В ходе экспериментов генетики "запрограммировали" фермент Cas9 на присоединение к одной-единственной комбинации оснований среди трёх миллиардов схожих пар. Как поясняют исследователи, это равноценно редактированию одной опечатки в 23-томной энциклопедии.

Иллюстрация демонстрирует единичные молекулы ДНК, прикреплённые к магнитным шарикам для последующего растяжения
(иллюстрация Mark Szczelkun).

Для поиска иголки в стоге сена CRISPR-ферменты используют молекулу РНК. Процесс прицеливания требует, чтобы ферменты растянули нити ДНК и вставили молекулу РНК таким образом, чтобы получилась особая структура — так называемая R-петля.

Команда генетиков проверила получившиеся петли при помощи специально модифицированных микроскопов, использующий магнитное поле для растягивания отдельных молекул ДНК. Изменяя показатель скручивающего усилия двойной спирали, исследователи пронаблюдали за формированием каждой R-петли под воздействием единичных CRISPR-ферментов в отдельности. Отчёт об эксперименте вышел в журнале PNAS.

"Наиболее сложной задачей в редактировании генома при помощи ферментов является прицельное воздействие: мы должны быть уверены, что воздействие происходит исключительно на одном, нужном нам участке генома", — поясняет ведущий автор исследования профессор Марк Сцелькун (Mark Szczelkun) из университета Бристоля.

CRISPR-ферменты изначально были обнаружены у бактерий, как часть их иммунной системы, защищающей микроорганизмы от вирусов-бактериофагов

Как рассказывают генетики в пресс-релизе, изучение процесса формирования R-петель дало более глубинное понимание того, как последовательности ДНК влияют на образование таких структур.

Для редактирования генома в будущем CRISPR-ферменты можно будет запрограммировать на максимально прицельное воздействие. Тогда излечение от таких заболеваний, как синдром Дауна или других серьёзных наследственных недугов, станет лишь вопросом времени.

Также по теме:
Технология редактирования генов выходит из лаборатории в промышленность
Химики усовершенствовали технологию ДНК-оригами
Впервые получено реальное изображение ДНК
Биологи научились "редактировать" ДНК
Нити ДНК определяют форму наночастиц золота