Научный мир стоит на пороге новой эры в генетике. Исследователи представили инновационную технологию редактирования генов, получившую название «редактирование мостов». Этот метод способен не просто вносить точечные изменения, а полностью реорганизовывать геном, вставляя новые последовательности ДНК с высочайшей точностью, недоступной для современных инструментов вроде CRISPR.
До сих пор системы на основе РНК, такие как CRISPR-Cas, были основным инструментом генетиков. Они работают как молекулярные ножницы, разрезая ДНК в заданном месте, после чего клетка запускает собственные, часто неточные, механизмы восстановления. Хотя CRISPR произвел революцию, его возможности ограничены: он скорее «выключает» гены, разрушая их, чем аккуратно редактирует или вставляет новые фрагменты.
Ограничения CRISPR и поиск новых решений
Несмотря на появление усовершенствованных версий CRISPR, которые пытаются напрямую модифицировать нуклеотиды, проблема точности и контроля над процессом оставалась нерешенной. Ученые искали более изящный и предсказуемый способ встраивания генетического материала.
Прорыв совершила международная команда из Института Арк, Калифорнийского университета в Беркли, Стэнфордского университета и Токио. Они предложили принципиально новый подход, основанный на использовании «РНК-мостов» — специальных направляющих молекул, которые могут напрямую встраивать новые последовательности ДНК в геном.
Как работает «редактирование мостов»?
В основе технологии лежит механизм, обнаруженный у бактерий и архей, связанный с мобильным генетическим элементом IS110, так называемым «прыгающим геном». Изучив его структуру с помощью криоэлектронной микроскопии, ученые раскрыли удивительный процесс.
Когда IS110 вырезается из генома, его некодирующие концы соединяются, формируя два уникальных «РНК-моста». Один из них связывается с самой вырезанной последовательностью (донорской ДНК), а другой — с целевым участком в геноме, куда нужно произвести вставку. Таким образом, РНК-мостик выступает в роли высокоточного адаптера с двойной специфичностью.
Обратите внимание: В течение четырех лет британская компания Vertical Aerospace хочет ввести в эксплуатацию летные такси с дальностью полета до 800 км.
Затем фермент рекомбиназа, кодируемый IS110, осуществляет вставку новой последовательности в заданное место. Ключевое преимущество в том, что эти РНК-мостики можно запрограммировать, чтобы соединить практически любую донорскую ДНК с любым целевым участком генома.
На изображении показана схема работы мобильного генетического элемента IS110: (а) структура рекомбиназы, (б) жизненный цикл элемента, (в) филогенетическое дерево родственных последовательностей, (г) распределение длин некодирующих концов, (д) данные RNA-seq, (е) измерение связывания флуоресцентно меченой рекомбиназы с РНК, (ж) вторичная структура консенсусной РНК.
Беспрецедентная точность и эффективность
Первые испытания новой системы на бактериях E. coli показали ошеломляющие результаты. Эффективность вставки целевого гена превысила 60%, а точность размещения новой последовательности в нужном месте достигла 94% и более. Это значительно превосходит показатели существующих методов.
Важнейшее преимущество «редактирования мостов» — отсутствие так называемых «рубцовых» последовательностей. В отличие от CRISPR, который оставляет после разреза поврежденные концы ДНК, новая технология обеспечивает чистую рекомбинацию без побочных повреждений генома.
Будущее технологии и потенциальное применение
Несмотря на впечатляющие результаты, важно подчеркнуть, что технология пока протестирована только на бактериальных клетках. Ее эффективность и безопасность в клетках млекопитающих и человека еще предстоит доказать. Однако потенциал огромен.
В перспективе «редактирование мостов» может открыть новые горизонты в генной терапии, позволяя исправлять сложные генетические нарушения, вставляя целые функциональные гены с хирургической точностью. Дальнейшие исследования будут направлены на адаптацию системы для работы в человеческих клетках и изучение всех ее возможностей.
Видео, объясняющее исследование:
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Исследователи разработали новую технику редактирования генов, которая может полностью перестроить геном.