CRISPR-Cas9 впервые применён для редактирования генома архей

Исследователи из Университета Иллинойса — профессор Билл Меткалф и постдок Дипти Наяк — впервые в мире применили систему редактирования генома CRISPR-Cas9 к организмам из домена Археи. Их работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, может значительно ускорить изучение этих организмов, что важно для исследований в области глобального изменения климата.

Проблема скорости

Модельный организм исследования, Methanosarcina acetivorans, имеет время удвоения 8–10 часов, в отличие от E. coli (30 минут). Получение мутанта традиционными методами занимало месяцы. CRISPR-Cas9 позволяет не только ускорить этот процесс, но и вводить несколько мутаций одновременно, экспоненциально масштабируя создание мутантов.

Преимущество гомологичной репарации

CRISPR-Cas9 работает, создавая разрыв в ДНК, который затем чинится клеткой. В эукариотах преобладает негомологичное соединение концов (NHEJ), которое часто вносит ошибки. У большинства прокариот, включая археи, основной путь — гомологичная репарация. Она использует «детерминированный шаблон», что позволяет точно предсказать результат редактирования и является предпочтительным механизмом для целенаправленного изменения генома.

Стратегическое внедрение NHEJ

Парадоксально, но одним из первых применений CRISPR-Cas9 в этом исследовании стало внедрение системы NHEJ в M. acetivorans. Хотя для редактирования NHEJ менее точен, для простого «нокаута» (удаления) гена он эффективнее. Это позволит проводить масштабные исследования функции генов.

Значение для науки

M. acetivorans — один из наиболее удобных для генетики штаммов архей. Изучение метаногенных архей, ежегодно производящих гигатонны мощного парникового газа, критически важно для понимания глобального углеродного цикла и изменения климата. Новая технология открывает путь к созданию генетического атласа этих организмов.

«Мы начали это исследование, чтобы выяснить, возможно ли вообще использование CRISPR-Cas9 для редактирования генома архей, — заключает Наяк. — Мы обнаружили, что это не только возможно, но и работает замечательно хорошо, даже в сравнении с эукариотическими системами».