Ученые открыли белки Fanzor, которые работают подобно CRISPR, но меньше по размеру и легче доставляются в клетки, и использовали их для редактирования ДНК человека. Исследователи обнаружили новую систему редактирования генов, похожую на CRISPR в сложных организмах, впервые продемонстрировав, что белки, модифицирующие ДНК, существуют во всех царствах жизни.
Фэн Чжан, биохимик из Института Брода Массачусетского технологического института и Гарварда, а также Института исследований мозга Макговерна при Массачусетском технологическом институте, возглавил группу и ранее стал одним из открывателей потенциала редактирования генов системы CRISPR-Cas9, которая функционирует как своего рода «молекулярные ножницы», удаляющие участки ДНК, тем самым отключая гены или позволяя заменять их новыми.
До этого открытия такие системы были обнаружены только у простых организмов, таких как бактерии и археи, которые используют их в качестве своего рода рудиментарной иммунной системы для измельчения ДНК захватчиков. Исследователи обнаружили новую обнаруженную систему, названную Fanzor, у грибов, водорослей, амеб и одного вида моллюсков, значительно расширив группы, известные тем, что используют эти генетические инструменты.
После публикации своей первой статьи о CRISPR в 2013 году Чжан и его коллеги начали изучать, как развиваются эти системы. В ходе этой работы группа идентифицировала класс белков в бактериях, называемых OMEGAs, которые, как полагают, являются ранними предками белков Cas9, «ножниц» системы CRISPR. Они начали подозревать, что белки Fanzor, тип OMEGA, также могут модифицировать ДНК.
Ученые впервые обнаружили систему, подобную CRISPR, в сложных клетках. ARTUR PLAWGO/SCIENCE PHOTO LIBRARY
Группа проверила онлайн-базы данных на предмет белков и с удивлением обнаружила несколько из них в образцах, выделенных из грибов, простейших, членистоногих, растений и гигантских вирусов. Чжан сказал, что идея заключается в том, что гены, необходимые для создания белков Fanzor, были перетасованы из бактерий в сложные организмы посредством процесса, известного как горизонтальный перенос генов. Гены, кодирующие белки Fanzor, были интегрированы в геномы эукариотических организмов в мобильных элементах, то есть фрагментах ДНК, которые могут перемещаться по геному и реплицироваться.
В ходе экспериментов исследователи обнаружили, что белки Fanzor имеют некоторые сходства с CRISPR. Белки Fanzor также взаимодействуют с направляющей РНК, молекулой, которая направляет белки к ДНК, предназначенной для разрезания. Эта молекула, называемая омегаРНК, дополняет цепь целевой ДНК. Когда они совпадают, две части скрепляются вместе, и Fanzor может затем разрезать ДНК.
Команда протестировала систему Fanzor на человеческих клетках, но сначала обнаружила, что она была относительно неэффективна при добавлении или удалении фрагментов ДНК, успешно завершая процесс примерно в 12% случаев. Однако после некоторой творческой инженерии по улучшению и стабилизации системы исследователи подняли эффективность до чуть более 18%.
Fanzor, скорее всего, дополнит технологию CRISPR, которая использовалась как в исследованиях, так и в экспериментальных методах лечения таких заболеваний, как слепота и рак. По сравнению с CRISPR, «системы Fanzor более компактны и, следовательно, имеют потенциал для более легкой доставки в клетки и ткани», сказал Чжан, и они менее склонны к случайной деградации близлежащих РНК или ДНК — так называемым нецелевым или побочным эффектам. Это делает Fanzor привлекательным для использования в генной терапии.
