Вчені з Массачусетського технологічного інституту розробили новий інструмент редагування генів, який може вирізати несправні гени та безпечно замінити їх новими. За допомогою цього методу дослідники замінювали гени довжиною до 36 000 пар основ ДНК у кілька типів клітин людини, а також у клітини печінки мишей. Технологія допоможе при лікуванні захворювань з великою кількістю мутацій, наприклад, муковісцидозу.
Запропонований метод об’єднує попередні дослідження в генній інженерії та біології мікроорганізмів. Зокрема, дослідники використовують технологію націлювання від CRISPR-Cas9, молекули захисної системи бактерій і ферменти, за допомогою яких віруси заражають бактерії.
Технологія CRISPR-Cas9 показала ефективність в процесі генного редагування. Вона складається з ферменту, що розрізає ДНК, званого Cas9, і короткого ланцюга РНК, яка направляє фермент в певну область геному, вказуючи Cas9, де зробити розріз. Недоліком цього методу є те, що численні розриви дволанцюгової ДНК викликають мутації, які можуть призвести до побічних ефектів.
Вчені використовували інтегрази-ферменти, які бактеоріофаги (віруси) використовують для вбудовування свого генетичного матеріалу в клітини бактерій — щоб створити метод, який не вимагає великої кількості розриву ДНК.
У своїй роботі дослідники використовували серинові інтегрази, які можуть вставляти величезні фрагменти ДНК, розміром до 50 000 пар основ. Ці ферменти націлені на конкретні послідовності геному, відомі як сайти прикріплення, які функціонують як «посадочні майданчики». Коли вони знаходять правильну посадкову площадку в геномі господаря, вони зв’язуються з нею та інтегрують своє корисне навантаження в ДНК.
Схематичне зображення методу PASTE. Зображення: Matthew T. N. Yarnall et al., Nature Biotechnology
Метод, який дослідники назвали PASTE, використовує фермент Cas9, який робить єдиний розріз у потрібному місці та вбудовує «місце посадки», що складається лише з 46 пар основ ДНК. Ця вставка може бути здійснена без розриву ДНК: спочатку змінюється один ланцюг молекули за допомогою злитої зворотної транскриптази, а потім друга, комплементарна їй. Після “підсадки” невеликої ділянки вчені запускають інтегразу, яка зв’язується з нею і природним чином вбудовує довгу ділянку ДНК.
У серії експериментів вчені показали, що вони можуть використовувати PASTE для вставки генів у кілька типів клітин людини, включаючи клітини печінки, Т-клітини та лімфобласти (незрілі лейкоцити). Вони протестували систему доставки з 13 різними генами корисного навантаження, включаючи ті, які можуть бути терапевтично корисними, і змогли вставити їх у дев’ять різних місць геному. При цьому кількість небажаних вставок виявилося незначним.