Ученые научились отредактировать геном по-настоящему

Американские исследователи разработали вычислительную модель, предсказывающую исход репарации той или иной последовательности ДНК после того как ее порезал белок Cas9.

Как выяснилось, для примерно десятой части случаев можно с высокой вероятностью предсказать, какая последовательность там образуется после работы систем репарации ДНК. Это позволило ученым исправить ряд вредных мутаций в клетках человека при помощи CRISPR без дополнительного использования матрицы для редактирования. Работа опубликована в Nature.

Система редактирования генома CRISPR-Cas9 содержит два основных компонента – белок Cas9 и короткую затравку (направляющую РНК), которая указывает Cas9, какое место генома ему порезать. Этот базовый комплект, строго говоря, ничего не редактирует, он просто вносит в геном двуцепочечный разрыв в заданном месте. Чтобы вставить в это место нужную последовательность, необходим третий компонент – матричная ДНК, содержащая ту самую последовательность, которую нужно внести в геном. Используя эту матрицу, клеточная система репарации по механизму гомологичной рекомбинации залечивает разрыв в ДНК и встраивает туда нужный кусочек.

В отсутствие матрицы для репарации (и даже если она есть, так как гомологичная рекомбинация в клетках человека работает довольно плохо) разрез восстанавливается с участием других систем репарации ДНК, в частности, системы негомологичного соединения концов (NHEJ) и соединения концов на основе микрогомологии (MMEJ). После работы этих систем на месте разреза остаются небольшие делеции или инсерции, которые в большинстве случаев нарушают работу гена. Именно поэтому при помощи «базового комплекта» CRISPR-Cas9 легко сломать ген, но сложно починить.

Исследователи из Массачусетского технологического института решили превратить недостаток систем репарации в достоинство и создали модель на основе машинного обучения, которая с высокой вероятностью предсказывает исход репарации ДНК по механизмам NHEJ и MMEJ, то есть сообщает, какая именно последовательность в месте разреза образуется после репарации с учетом делеций и инсерций как минимум в 50 процентах случаев. Согласно модели, предсказать исход репарации с такой точностью можно для 5-11 процентов всех направляющих РНК для человеческого генома («precise-50»). Для построения модели inDelphi ученые использовали экспериментальные данные, которые получили после разрезания генома Cas9 почти двух тысяч сайтов в ДНК.

После создания модели ученые экспериментально подтвердили ее релевантность – для этого из списка «precise-50»-направляющих РНК выбрали 14, которые «натравливали» бы Cas9 на последовательность с мутацией (а именно, микроделецией в один нуклеотид), характерную для того или иного генетического заболевания. После репарации разрыва в этом месте, согласно inDelphi, должен появляться лишний нуклеотид. Оказалось, что действительно, после работы CRISPR и системы репарации последовательность гена восстанавливалась благодаря такой микроинсерции в среднем в 60 процентах случаев.

Это означает, что некоторые вредные мутации (делеции или инсерции), приводящие к развитию заболеваний можно исправлять при помощи CRISPR без использования матрицы для репарации и с достаточно высокой эффективностью. Всего исследователи смогли подобрать направляющие РНК из списка «precise-50» для 195 таких вредоносных аллелей и экспериментально подтвердили, что они с частотой более 50 процентов исправляются до нормальных после разреза и репарации. К примеру, им удалось отредактировать мутацию в гене HPS1 в фибробластах пациентов с синдромом Германского-Пудлака, приводящего к нарушению пигментации кожи и гемофилии, а также мутацию в гене ATP7A в клетках больных болезнью Менкеса.

Редактировать геном без использования матрицы можно также при помощи так называемых «редакторов оснований» на базе CRISPR-Cas, которые умеют исправлять уже все типы нуклеотидных замен. Мы писали, например, как при помощи подобного инструмента взрослых мышей вылечили от фенилкетонурии.

Источник: N+1



Коды для вставки в блог\форум




Интересные новости
Расшифрован геном гигантского кальмара: новые загадкиРасшифрован геном гигантского кальмара: новые загадки
Из лунной пыли смогли добыть кислородИз лунной пыли смогли добыть кислород
В "Укроборонпроме" представили первый украинский военный квадрокоптерВ "Укроборонпроме" представили первый украинский военный квадрокоптер
Capella Space представил новый спутник Sequoia для съёмки Земли с высоким разрешениемCapella Space представил новый спутник Sequoia для съёмки Земли с высоким разрешением
Маск анонсировал первый пилотируемый полет Crew DragonМаск анонсировал первый пилотируемый полет Crew Dragon
Блок рекламы


Похожие новости

Учёные научились генерировать мощные короткие ультрафиолетовые вихриУчёные научились генерировать мощные короткие ультрафиолетовые вихри
Расшифрован геном гигантского кальмара: новые загадкиРасшифрован геном гигантского кальмара: новые загадки
Ученые выяснили, когда Млечный Путь поглотил соседнюю галактикуУченые выяснили, когда Млечный Путь поглотил соседнюю галактику
Ученые нашли молодые звезды там, где их быть не должноУченые нашли молодые звезды там, где их быть не должно
Математики научились вязать узлыМатематики научились вязать узлы
Ученые решили, как они опознают инопланетянУченые решили, как они опознают инопланетян
Как ученые взломали сложнейший криптографический код: новый рекордКак ученые взломали сложнейший криптографический код: новый рекорд
Ученые изобрели способ переработки всех видов пластикаУченые изобрели способ переработки всех видов пластика
Плотоядные бактерии научились работать парамиПлотоядные бактерии научились работать парами
Роботы научились ориентироваться на местностиРоботы научились ориентироваться на местности
Последние новости

Подгружаем последние новости