В геномите на бактериофагите (вируси при бактериите), изследователи откриват три анти-CRISPR протеина, които естествено инхибират CRISPR-Cas9* в един бактериален вид и може да направят същото при човешките клетки.

^{CRISPR е съкращение от clustered, regularly interspaced, short palindromic repeat, което означава – групирани, равномерно разпределени, кратки палиндромни повторения. Както подсказва името, те се състоят от повторения от нуклеотиди (градивните единици на ДНК), разделени от участъци взети от вируси, наречени „спейсъри”. Тези повторения могат да се четат по един и същи начин от ляво надясно или обратно. Например последователността ACCTAGGT и нейното допълнение в обратен ред TGGATCCA могат да се четат по този начин. Повторения с такова свойство се наричат палиндроми и се срещат и в живота, такива са думите: „сос”, „боб” или „потоп”.}

^{CRISPR са свързани с гени, участващи в процесите на репарация (поправка) и рекомбинация (обмяна на гени между различни хромозоми) на ДНК. Бактериите могат да включат в себе си къси участъци от вируси в CRISPR елементи, за да станат устойчиви срещу тях.}

^{Cas са гени, които кодират протеини, свързани с CRISPR. Ензимът Cas9 може да бъде програмиран да отрязва желани участъци от ДНК, благодарение на водещи молекули РНК, които да ги насочват.}

Групата от учени с ръководител Алън Дейвидсън от Университета на Торонто (University of Toronto’s Alan Davidson) са идентифицирали гени в геномите на бактериофагите, които кодират анти CRISPR-протеина. Сега те са открили фаги, които носят антидот към ензима Cas9, който е ключов компонент от най-широко използваната CRISPR система за редактиране на гени. Групата описва три кодирани от бактериофаги анти-Cas9 гена и показва, че съответните протеини са способни да блокират активността на CRISPR-Cas9 в човешки клетки. Работата на екипа, публикувана на 08.12.2016 г. в сп. Cell може да помогне на изследователите по-добре да разбират естествено срещащи се системи CRISPR и да подобрят действието на инструменти за генно редактиране, базирани на CRISPR, за изследователска дейност и клинично приложение.

От 2013 Дейвидсън и колеги са открили 5 гена, които кодират фагови протеини, блокиращи активността на тип I-F CRISPR система. След това са идентифицирали и още 9 фагови протеина, инхибиращи заедно I-F and I-E CRISPR системи, всички намерени в геномите на Proteobacteria.

За настоящето изследване учените са разширили търсенето си с намиране на секвенции (последователности от нуклеотиди в ДНК или РНК) в бактериални видове, търсейки допълнителни анти-CRISPR протеини, кодирани в бактериалните геноми. Екипът отново търси секвенции с хомология (сходство на секвенции, дължащо се на споделено наследство) на aca1 и aca2, два гена кодиращи предполагаеми транскрипционни регулатори (регулират превръщането на ДНК в РНК), които са преди това открити прилепени до анти-CRISPR гена.

Изследователите намерили предполагаеми анти-CRISPR протеини, кодирани в генома на Brackiella oedipodis, която носи тип II-C CRISPR система, която включва Cas9. Тъй като Neisseria meningitides (отговорна за някои типове менингит) е известно, че има тип II-C CRISPR система, Дейвдисън и колегите показват, че анти-CRISPR гените на плазмид (малка кръгова ДНК), трансформирани в Neisseria meningitides, може да блокират клетъчният тип II-C CRISPR система. После те идентифицират един анти-CRISPR хомолог от Brackiella oedipodis, както и две допълнителни анти-CRISPR в генома на Neisseria meningitides.

Групата съобщават, че пречистените анти-CRISPR протеини от Neisseria meningitides взаимодействат с пречистен Cas9 от същият вид in vitro, смесвайки таргетната ДНК и едноверижната РНК. Едноверижната РНК има нужната точна режеща активност на ДНК и с един от анти-CRISPR протеините предотвратява двойноверижните срезове на ДНК.

Анти-CRISPR протеините също работят и в човешки клетки. Когато екипът трансфектирал (вкарал пречистени нуклеинови киселини) човешки клетки с култура с плазмиди, кодиращи 1) Cas9, 2) генно-таргетна (техника, която с която може да се променя ген или част от ген) насочваща РНК и 3) анти-CRISPR, новооткритият протеин можел да блокира редактирането на генома от Cas9. Използвайки човешка клетъчна култура, която екпресира деактивирана форма на Cas9, която се свързва с ДНК, но не може да създаде двойноверижно прекъсване, изследователите откриват, че анти-CRISPR протеина предотвратява свързването на Cas9 към неговия РНК-специализиран геномен сайт.

^{В синьо е таргетната ДНК, а в червено – насочващата РНК (ляво) и ензима Cas9 (дясно). Източник: www.biotech.wisc.edu}

Дейвидсън казва: „Трите (анти-CRISPR протеини) се свързват към Cas9 по различни начини, за да блокират режещата активност на ензима”. Неговата лаборатория сега работи по различни начини, за да разбере как тези протеини взаимодействат с Cas9, за да предотвратят неговата активност. Той допълва: „Очакваме, че ще има много повече анти-CRISPR срещу други CRISPR.”

Филип Хорват, старши учен при Дюпон във Франция (Philippe Horvath, a senior scientist at DuPont in France), пише: „Очевидният интeрес към анти-CRISPR протеини, които инхибират системи тип II, е възможността да се промени активността на Cas9 при прилагането на генното редактиране. Експресията на тези инхибиращи протеини може да се насочи в отговор на дадено условие или на определена времева точка при развитието на организма, което ще спре активността на ензима. Хитър начина да запазиш молекулярния скалпел в неговия сигурен калъф.”

Джордж Чърч (George Church) от Харвардския университет споделя, че потенциално интригуващо приложение на анти-CRISPR е при gene drivers (техника, подпомагаща наследяването на определен ген, за да стане доминантен в популацията), създадени да контролират комарите и други вектори на заболявания.

Засега настоящето изследване увеличава разбирането на учените за имунитета, включен в взаимодействието между бактериите и техните вируси. Дейвидсън казва: „От всички наши изследвания (анти-CRISPR протеини) ние сме стигнали до извода, че има силно еволюционно предимство на фага да притежава тези протеини.”

Хорват пише: „Познанието за това как анти-CRISPR протеини работят също се отнася и до други приложения на системата CRISPR-Cas9...Познавайки как вирусният враг избягва имунитета базиран на CRISPR ще предостави значими прозрения на начини за по-добра борба (с вирусите).”

Използван източник:

http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/47762/title/Keeping-CRISPR-in-Check/

Още по темата

03/01/2017

Животът

Биология, биотехнологии и здраве - какво да очакваме през 2017

16/11/2016

Животът

За първи път е тестван върху хора методът за генно редактиране CRISPR-Cas9

13/10/2016

Животът

Д-р Георги Милошев: Превръщането на науката в бизнес я унищожава

08/09/2016

Животът

Зеленчуци, генетично редактирани от CRISPR/Cas9, са сготвени и изядени