Новая технология CRISPR «выключает» гены дрожжей с точечной точностью
Исследователи использовали систему CRISPR-Cas9 для создания технологии, способной нацеливаться на любой ген в дрожжах Saccharomyces cerevisiae и отключать его путём удаления единичных букв из последовательности ДНК.
Такое масштабирование до уровня всего генома позволяет изучать роль каждого гена как по отдельности, так и в комбинации с другими. Это также может быть полезно для промышленности, где S. cerevisiae широко используется для производства этанола, промышленных химикатов, смазочных материалов, фармацевтических препаратов и многого другого.
Понимание и оптимизация генома может создать штаммы дрожжей с повышенной продуктивностью, — говорит руководитель исследования Хуимин Чжао, профессор химической и биомолекулярной инженерии Иллинойсского университета. Результаты работы его группы опубликованы в журнале Nature Biotechnology.
«Мы хотим использовать микроорганизмы в качестве клеточных фабрик для производства ценных химикатов и биотоплива. Масштаб, который мы продемонстрировали в этом исследовании, беспрецедентен», — отметил Чжао.
Обычные методы создания «нокаутных» дрожжей (с удалённым геном) удаляют целевой ген целиком. Это создаёт непреднамеренные проблемы, поскольку многие гены перекрываются. Удаление одного гена также затрагивает части других, что затрудняет изоляцию эффектов отдельного гена.
Группа Чжао использовала точность системы CRISPR-Cas9 для создания методики, позволяющей удалить всего одно основание в последовательности ДНК гена. Поскольку клетка «считывает» ДНК по три основания за раз, это сдвигает рамку считывания и выключает ген. Гены, перекрывающиеся с редактируемым, остаются неизменными и функциональными.
«Мы можем внести всего одно изменение одного основания во всей хромосоме. Это создаёт минимальные нарушения в функции соседних генов, поэтому мы можем изучать, насколько важен ген в его клеточном контексте. Такой точности раньше достичь не удавалось», — пояснил Чжао.
Их методика, названная CRISPR/Cas9 and homology-directed-repair assisted genome-scale engineering (CHAnGE), отличается скоростью, эффективностью, низкой стоимостью и высокой точностью. Группа создала библиотеку нокаутных дрожжей — по одному штамму на каждый ген в геноме S. cerevisiae — и предоставляет её другим исследователям за символическую плату в $50 за обработку.
«В прошлом команды людей тратили несколько лет, пытаясь выключить каждый ген в дрожжах. С помощью CHAnGE один человек может создать библиотеку мутантов дрожжей, покрывающую весь геном, примерно за месяц», — сказал Чжао.
Группа работает над созданием библиотек для других типов дрожжей, включая те, что производят липиды для смазочных материалов, биотоплива и других промышленных применений.