Это большой прорыв для современной науки.
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.
Об этом пишет Хроника.инфо со ссылкой на hvylya.
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.
