Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Новый фермент CRISPR для редактирования ДНК может улучшить лечение пациентов

Новый фермент CRISPR для редактирования ДНК может улучшить лечение пациентов
Новый фермент CRISPR для редактирования ДНК может улучшить лечение пациентов

Был разработан новый инструмент редактирования генов на основе CRISPR, который может привести к улучшению лечения пациентов с генетическими заболеваниями. Инструмент представляет собой фермент AsCas12f, который был модифицирован, чтобы обеспечить ту же эффективность, но в три раза меньше фермента Cas9, обычно используемого для редактирования генов. Компактный размер означает, что большее его количество можно упаковать в вирусы-носители и доставить в живые клетки, что делает его более эффективным.

Исследователи создали библиотеку возможных мутаций AsCas12f, а затем объединили выбранные из них, чтобы создать фермент AsCas12f , обладающий в 10 раз большей способностью к редактированию, чем исходный немутированный тип. Этот сконструированный AsCas12f уже был успешно протестирован на мышах и потенциально может быть использован для новых, более эффективных методов лечения пациентов в будущем.

Вы, наверное, уже слышали о CRISPR — инструменте редактирования генов, который позволяет исследователям заменять и изменять сегменты ДНК. Подобно генетическим портным, ученые экспериментировали с «отрезанием» генов, которые делают комаров переносчиками малярии, изменяя продовольственные культуры, чтобы они были более питательными и вкусными, а в последние годы начали испытания на людях для преодоления некоторых из наиболее сложных заболеваний и генетических нарушений.

Потенциал CRISPR по улучшению нашей жизни настолько феноменален, что в 2020 году исследователи Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье, разработавшие наиболее точную версию инструмента под названием CRISPR-Cas9, были удостоены Нобелевской премии по химии.

Но даже у Cas9 есть ограничения. Распространенным способом доставки генетического материала в клетку-хозяина является использование модифицированного вируса в качестве носителя. Аденоассоциированные вирусы (AAV) не вредны для пациентов, могут проникать во многие различные типы клеток и внедрять ферменты CRISPR, такие как Cas9, и имеют меньшую вероятность спровоцировать нежелательный иммунный ответ по сравнению с некоторыми другими методами. Однако, как и у любой службы доставки посылок, существует ограничение по размеру.

«Cas9 находится на самом пределе этого ограничения размера, поэтому существует потребность в меньшем белке Cas, который можно будет эффективно упаковать в AAV и использовать в качестве инструмента редактирования генома», — объяснил профессор Осаму Нуреки с факультета биологических наук. в Токийском университете.

Его большой размер означает, что Cas9 может оказаться недостаточно эффективным при использовании в генной терапии. Итак, большая межинституциональная группа работала над разработкой меньшего по размеру фермента Cas, который был бы столь же активен, но более эффективен.

Исследователи выбрали фермент под названием AsCas12f из бактерий Axidibacillus сульфуроксиданс. Преимущество этого фермента состоит в том, что это один из самых компактных ферментов Cas, обнаруженных на сегодняшний день, и он составляет менее одной трети размера Cas9. Однако в предыдущих тестах он практически не проявлял активности генома в клетках человека. Их работа была опубликована в журнале Cell.

«Используя метод скрининга, называемый глубоким мутационным сканированием, мы собрали библиотеку потенциальных новых кандидатов, заменив каждый аминокислотный остаток AsCas12f всеми 20 типами аминокислот, на которых основана вся жизнь. Благодаря этому мы выявили более 200 мутаций, которые улучшили деятельность по редактированию генома», — объяснил Нуреки.

«Основываясь на данных, полученных в результате структурного анализа AsCas12f, мы выбрали и объединили эти аминокислотные мутации с повышенной активностью, чтобы создать модифицированный AsCas12f. Этот сконструированный AsCas12f обладает более чем в 10 раз большей активностью редактирования генома по сравнению с обычным типом AsCas12f и является сравним с Cas9, сохраняя при этом гораздо меньший размер».

Команда уже провела испытания на животных с помощью разработанной системы AsCas12f, объединив ее с другими генами и введя ее живым мышам. Введение препаратов непосредственно в организм предпочтительнее, чем извлечение клеток, их редактирование в лаборатории и повторное введение пациентам, что требует больше времени и средств.

Успех испытаний показал, что сконструированный AsCas12f потенциально может быть использован для генной терапии человека, например, для лечения гемофилии — заболевания, при котором кровь не свертывается нормально.

Команда обнаружила множество потенциально эффективных комбинаций для разработки улучшенной системы редактирования генов AsCas12f, поэтому исследователи признают возможность того, что выбранные мутации могли быть не самыми оптимальными из всех доступных комбинаций.

В качестве следующего шага можно использовать компьютерное моделирование или машинное обучение , чтобы проанализировать комбинации и спрогнозировать, какие из них могут предложить еще лучшие улучшения.

«Повышение активности AsCas12f по редактированию генома, сравнимой с активностью Cas9, является значительным достижением и служит существенным шагом в разработке новых, более компактных инструментов редактирования генома», — сказал Нуреки.

«Для нас решающим аспектом генной терапии является ее способность действительно помогать пациентам. Используя разработанный нами разработанный нами AsCas12f, нашей следующей задачей будет реальное применение генной терапии для помощи людям, страдающим от генетических нарушений».

Теги: биотехнологии

В тренде