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



Вспомним другие новости из этого раздела?


Наука и техника

←+Ctrl+→

Интересные новости
Плотоядные бактерии научились работать парамиПлотоядные бактерии научились работать парами
Потрясающие снимки атомов, сделанные 4D-микроскопом: взгляд изнутриПотрясающие снимки атомов, сделанные 4D-микроскопом: взгляд изнутри
Ржавые опилки станут топливом будущего: испытания в невесомостиРжавые опилки станут топливом будущего: испытания в невесомости
Найдена самая древняя городская канализацияНайдена самая древняя городская канализация
Отпечатки пальцев расскажут об употреблении наркотиковОтпечатки пальцев расскажут об употреблении наркотиков
Блок рекламы


Похожие новости

Плотоядные бактерии научились работать парамиПлотоядные бактерии научились работать парами
Роботы научились ориентироваться на местностиРоботы научились ориентироваться на местности
Роботы научились строить космические кораблиРоботы научились строить космические корабли
Ученые разработали робота-садовникаУченые разработали робота-садовника
Ученые рассказали об объекте, врезавшемся в Юпитер в августеУченые рассказали об объекте, врезавшемся в Юпитер в августе
Ученые обнаружили эффективность MDMA при лечении алкоголизмаУченые обнаружили эффективность MDMA при лечении алкоголизма
Как ученые пытались раздавить робота-таракана: видеоКак ученые пытались раздавить робота-таракана: видео
Завод "Маяк" в РФ был источником радиоактивного облака над Европой в 2017 году, - ученыеЗавод "Маяк" в РФ был источником радиоактивного облака над Европой в 2017 году, - ученые
Ученые пронаблюдали за звездой, приближающейся к смертиУченые пронаблюдали за звездой, приближающейся к смерти
Ученые создали искусственный эмбрион человека из стволовых клетокУченые создали искусственный эмбрион человека из стволовых клеток
Последние новости

Подгружаем последние новости