Новый переключатель для контроля редактирования генома

Ученые из Университета Бата и Кардиффского университета создали биологический переключатель, надежно включающий экспрессию белка по желанию. Этот переключатель позволяет контролировать инструменты редактирования генома, которые в будущем смогут регулировать каскады желаемых генетических изменений в целых популяциях.

Новый метод переключения должен работать для любого белка в любом виде и использует дешевую, нетоксичную аминокислоту в качестве управляющего переключателя — режим «включено» требует присутствия аминокислоты под названием BOC.

В отличие от других известных переключателей, этот метод не использует антибиотики, устраняя риски селекции устойчивости бактерий к ним, и не является «протекающим» — ситуацией, когда белки экспрессируются даже в режиме «выключено», с которой сталкиваются текущие методы, зависящие от температуры или света. Переключатель, аминокислота, подобная лизину, дешев, широко доступен, нетоксичен и должен быть экологически безопасным.

Исследовательские группы из Бата и Кардиффа успешно продемонстрировали работу переключателя как в культивируемых клетках, так и в эмбрионах мыши на ранней стадии, без какого-либо обнаруживаемого выражения активности целевого белка в отсутствие BOC.

Метод расширяет принцип, называемый расширением генетического кода. Для демонстрации принципа команда использовала трансгенных мышей, несущих ген, заставляющий их кожу светиться зеленым под УФ-светом. Когда набор инструментов для расширения генетического кода, адаптированный для редактирования генома, присутствовал в эмбрионах этих мышей, их геномная ДНК эффективно редактировалась для удаления гена флуоресценции, но только при наличии BOC. В отсутствие BOC редактирования не происходило. Эмбрионы, отредактированные таким образом, могли развиться в мышей, которые не флуоресцировали, но без BOC редактирования не было, поэтому эти мыши оставались зелеными.

Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

Переключатель предлагает потенциал для контроля множества биологических процессов с помощью добавления BOC. Это могут быть исследовательские и практические применения — в лабораторной пробирке, целых животных или и там, и там. Например, его можно использовать для изучения того, как определенные белки влияют на старение клеток в культуре или у животных. В клинической практике он может предоставить способ включать белки для усиления регенеративных процессов и предложить новый уровень контроля в генной терапии.

Одним из захватывающих потенциальных применений может быть использование переключателя в технологии генного драйва. Генные драйвы могут использовать систему CRISPR-Cas9 таким образом, чтобы гарантировать, что все потомство у видов с половым размножением унаследует определенный генетический сегмент, преодолевая 50%-ную вероятность наследования, которую в противном случае обеспечило бы половое размножение.

Характеристики, придаваемые генным драйвом, могут быстро распространяться в популяции независимо от того, являются ли они полезными — например, проводились испытания с использованием генного драйва для распространения генов у комаров, которые делают самок бесплодными, с целью обрушить популяцию насекомого, распространяющего малярию.

Однако перед вероятным одобрением использования генного драйва необходимо решить множество проблем. После запуска их трудно или невозможно контролировать, и они могут работать на более широких территориях, чем желательно, например, пересекая государственные границы. У них могут быть непредвиденные экологические последствия или может возникнуть устойчивость. Регулирование генного драйва путем создания переключаемого BOC-переключателем Cas9 обещает смягчить эти проблемы.

Профессор Тони Перри, руководивший командой из Бата с кафедры биологии и биохимии, сказал: «Наш переключатель — это способ контролировать экспрессию любого белка с помощью расширения генетического кода».

«Нас отличает потенциал этого метода как экологически безопасного переключателя на больших расстояниях, чего предыдущие методы по-настоящему не позволяли. Например, можно представить контроль активности генного драйва в стадах домашнего скота путем добавления или удаления BOC из кормов по мере необходимости».

«Редактирование генов обладает огромным потенциалом во всей биологической науке, от биомедицины до продовольственной безопасности, у насекомых, растений и животных».

Соавтор, доктор Юсюань Цай из Кардиффа, сказал: «Хотя BOC предоставляет привлекательное и многообещающее средство контроля редактирования, мы сейчас работаем над решением оставшихся проблем и устранением недостатков в системе».