Биологи из США и Канады открыли необычное семейство белков, которые вирусы используют для защиты себя от клеточного "антивируса" и которые можно использовать для защиты клеток и целых организмов от редактирования их ДНК, говорится в статье, опубликованной в журнале Cell.
"Мы даже не пытались найти защиту от CRISPR, мы просто пытались понять, как вирусы-фаги вставляют себя в геномы бактерий. В результате этого мы натолкнулись на нечто, что, как я думаю, будет очень важным для дальнейшего развития биотехнологий. Подобный "выключатель" CRISPR позволит нам управлять тем, где, как и когда мы будем редактировать ДНК", — заявил Алан Дэвидсон (Alan Davidson) из университета Торонто (Канада).
Геномный редактор CRISPR/Cas9, названный главным научным прорывом 2015 года, был создан американским ученым Фэнем Чжаном (Feng Zhang) и рядом других молекулярных биологов примерно три года назад, и с тех пор он пережил несколько модернизаций, которые позволяют ученым использовать его для редактирования генома со стопроцентной точностью.
На самом деле, CRISPR/Cas9, как и многие другие вещи, изобрел не человек, а природа — изначально данная система развилась внутри бактерий сотни миллионов лет назад для защиты от ретровирусов, и лишь в 2012 году Фэн Чжан (Feng Zhang) и его коллеги приспособили ее для редактирования генома многоклеточных существ. Он состоит из двух компонентов — "библиотеки" образцов генетического кода вирусов (CRISPR), и фермента Cas9, ищущего подобные последовательности в ДНК бактерии и удаляющего их при необходимости.
Дэвидсон и его коллеги обнаружили, что вирусы не остались в стороне от этой "гонки био-вооружений" и создали свой ответ на CRISPR/Cas9 – набор из трех белков, которые цепляются за разные части белка Cas9 и нейтрализуют его еще до того, как он успеет вырезать ДНК вируса из генома микроба.
Эти белки были открыты, как рассказывает Дэвидсон, совершенно случайно. Его научная команда наблюдала за тем, как различные версии вирусов-бактериофагов проникают в клетки менингококков (Neisseria meningitidis) – возбудителей менингита, активно использующих CRISPR/Cas9 для защиты себя от вирусов.
Оказалось, что некоторые бактериофаги содержат в себе три ранее неизвестных белка – acrIIC1, acrIIC2 и acrIIC3. Эти белки, как показали дальнейшие опыты, могут присоединяться к молекулам Cas9 и нейтрализовать их, мешая им распознавать вирусную ДНК или РНК и уничтожать ее.
Когда ученые выделили гены, отвечающие за производство данных белков, и вставили их в человеческие клетки, это сделало ДНК этих клеток "защищенной" от перезаписи – все дальнейшие попытки внести изменения в генетический код при помощи CRISPR/Cas9 останавливались белками бактериофагов.
Чем интересно это открытие? Оно означает, что ученые наконец-то получили способ гибко управлять тем, как и где будет производиться редактирование генома при использовании системы CRISPR/Cas9. Это позволит создать безопасные виды генной терапии для лечения врожденных болезней, сделать "чистые" с точки зрения генетики ГМО и реализовать многие другие вещи, которые не возможно было сделать из-за того, что ученые не умели управлять работой этого геномного редактора.
Кроме того, с эволюционной точки зрения открытие "антиредактора" ДНК объясняет следующую загадку — если система CRISPR/Cas9 столь эффективна, почему тогда вирусы не вымерли? Как оказалось, вирусы справились с вызовом бактерий, ответив на создание биологического "антивируса" открытием молекул, которые подавляют его работу.
Изображение заголовка: © Fotolia/ Dan Race
