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
Ученые обнаружили признаки жизни на ВенереУченые обнаружили признаки жизни на Венере
Американские ученые обнаружили белок, который нейтрализует коронавирусАмериканские ученые обнаружили белок, который нейтрализует коронавирус
Украинские ученые получили "Шнобелевскую премию"Украинские ученые получили "Шнобелевскую премию"
Экзоскелет поможет людям реабилитироваться после инсультаЭкзоскелет поможет людям реабилитироваться после инсульта
Названа самая большая рыба в миреНазвана самая большая рыба в мире
Блок рекламы


Похожие новости

Украинские ученые получили "Шнобелевскую премию"Украинские ученые получили "Шнобелевскую премию"
Американские ученые обнаружили белок, который нейтрализует коронавирусАмериканские ученые обнаружили белок, который нейтрализует коронавирус
Ученые обнаружили признаки жизни на ВенереУченые обнаружили признаки жизни на Венере
Фотонную струю научились искривлять в крючокФотонную струю научились искривлять в крючок
Ученые подсчитали хромосомы баобабаУченые подсчитали хромосомы баобаба
Ученые составили список животных, подверженных COVID-19Ученые составили список животных, подверженных COVID-19
Ученые нарисовали глаза на коровьих задах для защиты от хищниковУченые нарисовали глаза на коровьих задах для защиты от хищников
Ученые предложили больше не спасать Венецию, а дать ей утонутьУченые предложили больше не спасать Венецию, а дать ей утонуть
Ученые проверили эффект Мпембы в необычных условияхУченые проверили эффект Мпембы в необычных условиях
Ученые посчитали, сколько стоит птичий пометУченые посчитали, сколько стоит птичий помет
Последние новости

Подгружаем последние новости