Move over CRISPR, the retrons are coming
Исследователи из Института Висса и Гарвардской медицинской школы создали новый инструмент для редактирования генов — Retron Library Recombineering (RLR). В отличие от CRISPR-Cas9, который разрезает ДНК и может быть токсичен для клеток, RLR эффективно создаёт мутации, не повреждая двойную цепь ДНК.
Суть метода
RLR использует ретроны — сегменты бактериальной ДНК, которые производят фрагменты одноцепочечной ДНК (ssDNA) внутри клетки. Эти фрагменты, содержащие нужную мутацию, с помощью белка SSAP встраиваются в геном дочерних клеток во время репликации.
Ключевые доработки системы для работы в E. coli:
- Инактивация системы репарации неспаренных оснований, которая "исправляла" вносимые мутации.
- Отключение двух генов экзонуклеаз, разрушающих свободную ssDNA. Эти изменения повысили эффективность внедрения мутации с менее 0.1% до более 90% популяции.
Преимущества RLR
- Мультиплексирование и "штрихкодирование": Каждый ретрон имеет уникальную последовательность, которая служит меткой (штрихкодом) для мутантной клетки. Это позволяет одновременно создавать и анализировать миллионы мутаций в смешанной популяции, секвенируя только короткий "штрихкод", а не весь геном.
- Простота библиотек: Для создания библиотеки из десятков миллионов последовательностей нужен только ретрон-плазмид, тогда как для CRISPR требуется синтез и направляющей РНК, и донорской ДНК для каждой мутации.
- Нетоксичность: RLR не создаёт разрывов ДНК, что устраняет проблему токсичности CRISPR.
- Накопление мутаций: Доля клеток с нужной мутацией увеличивается со временем по мере репликации, в отличие от "одноразового" подхода CRISPR.
Экспериментальное подтверждение
RLR успешно использовали для:
- Детекции известных мутаций устойчивости к антибиотикам.
- Измерения небольших различий в устойчивости от сходных мутаций.
- Скрининга библиотеки, созданной из случайно нарезанных фрагментов генома устойчивого штамма E. coli, и последующего выявления обогащённых ретронных последовательностей, дающих устойчивость.
Перспективы
RLR открывает путь к масштабным исследованиям взаимодействий множества мутаций в геноме и генерации больших данных для прогнозирования эффектов мутаций с помощью машинного обучения. Метод может быть использован самостоятельно или в комбинации с CRISPR для улучшения редактирования в системах, где CRISPR токсичен.
