Учёные впервые использовали CRISPR/Cas9 для контроля генетического наследования у мышей

Биологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали первый в мире подход на основе CRISPR/Cas9 для контроля генетического наследования у млекопитающих.

Хотя подходы «активной генетики» для контроля передачи определённой копии гена следующему поколению разрабатывались в последние годы для насекомых, создание таких инструментов для млекопитающих сложнее, а их тестирование занимает больше времени из-за более длительного периода между поколениями.

Опубликовав свою работу 23 января в журнале Nature, совместная команда исследователей представила новую технологию активной генетики для мышей. Это достижение закладывает основу для дальнейшего прогресса, включая биомедицинские исследования человеческих заболеваний.

Мотивация и демонстрация технологии

«Нашей мотивацией было разработать этот инструмент для лабораторных исследователей, чтобы контролировать наследование нескольких генов у мышей», — сказала доцент Кимберли Купер. С дальнейшим развитием станет возможным создание моделей сложных генетических заболеваний человека, таких как артрит и рак.

Чтобы продемонстрировать осуществимость метода, исследователи встроили активный генетический элемент «CopyCat» в ген Tyrosinase, контролирующий цвет шерсти. Когда элемент нарушает обе копии гена, шерсть, которая должна была быть чёрной, становится белой — это явный индикатор успеха. Элемент CopyCat также был спроектирован так, чтобы он не мог самостоятельно распространяться в популяции, в отличие от систем «генного драйва» CRISPR/Cas9 у насекомых.

Результаты и гендерная специфичность

В течение двух лет проекта исследователи использовали различные стратегии, чтобы определить, что элемент CopyCat может копироваться с одной хромосомы на другую для восстановления разрыва в ДНК, нацеленного CRISPR/Cas9. В результате элемент, изначально присутствовавший только на одной из двух хромосом, копировался на другую. В одном из семейств до 86% потомства унаследовали элемент CopyCat от материнской особи вместо обычных 50%.

Новый подход работал у самок мышей во время производства яйцеклеток, но не во время производства сперматозоидов у самцов. Это, возможно, связано с разницей во времени мейоза у мужских и женских особей.

Будущие перспективы и применение

По словам соавтора исследования профессора Итана Бира, результаты «открывают путь для различных применений в синтетической биологии, включая модульную сборку сложных генетических систем».

Купер и её лаборатория теперь пытаются расширить инструмент для работы с несколькими генами и признаками. «Мы показали, что можем преобразовать один генотип из гетерозиготного в гомозиготный. Теперь мы хотим посмотреть, сможем ли мы эффективно контролировать наследование трёх генов у животного. Если это можно будет реализовать для нескольких генов одновременно, это произведёт революцию в генетике мышей».

Хотя новая технология была разработана для лабораторных исследований, некоторые представляют себе будущие генные драйвы на её основе для восстановления баланса биоразнообразия в экосистемах, захваченных инвазивными видами, включая грызунов. «При дополнительных доработках должно быть возможно разработать технологии генного драйва для модификации или, возможно, сокращения популяций млекопитающих, которые являются переносчиками болезней или наносят ущерб аборигенным видам», — сказал Бир.

Исследователи отмечают, что их результаты демонстрируют существенный прогресс, который уже может сократить время, стоимость и количество животных, необходимых для биомедицинских исследований. «Нас также интересует понимание механизмов эволюции. Для определённых признаков, которые эволюционировали в течение десятков миллионов лет, количество генетических изменений больше, чем мы можем в настоящее время собрать у мышей, чтобы понять, что, например, заставило пальцы летучей мыши превратиться в крыло. Поэтому мы хотим создать множество этих инструментов активной генетики, чтобы понять истоки разнообразия млекопитающих».