Эукариоты обладают тысячами генетических «ножниц», которые могут конкурировать с CRISPR
Тысячи фрагментов ДНК, похожих на бактериальные ферменты, используемые в системе редактирования генов CRISPR, были обнаружены у множества видов животных, включая улиток, водорослей и амеб. Это открытие доказывает, что белки, называемые Fanzor, широко распространены у эукариот – группы организмов, в которую входят грибы, растения и животные – и имеют потенциал для применения в медицине и биотехнологии. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Fanzor — это ферменты, управляемые РНК, которые, как и ферменты CRISPR, можно запрограммировать на разрезание ДНК в определенных участках. Их открытие ранее в этом году сделало их первыми подобными ферментами, обнаруженными у эукарио, и породило надежду, что новая технология редактирования генома человека может появиться на горизонте.
Теперь, добавив еще более 3600 ферментов в репертуар Fanzor, новое исследование предоставляет ученым исчерпывающий набор резчиков ДНК, которые можно превратить в инструменты для исследований или медицины.
«Люди уже давно ищут интересные инструменты в прокариотических системах, и я думаю, что это было невероятно плодотворно», — заявил научный сотрудник Макговерна Джонатан Гутенберг, который соруководил исследованием. «Эукариотические системы на самом деле — это совершенно новый вид игровой площадки для работы».
Исследователи надеются, что ферменты Fanzor, которые естественным образом эволюционировали в эукариотических организмах и их вирусах, будут лучше подходить для задачи разрезания ДНК у других эукариот и, следовательно, можно будет разработать более безопасную и эффективную систему редактирования генома. в людях.
Команда уже продемонстрировала, что некоторые Fanzor способны воздействовать на последовательности ДНК в клетках человека даже без оптимизации. «Тот факт, что они весьма эффективно работают в клетках млекопитающих, был действительно фантастическим», — добавил Гутенберг.
У системы Fanzor могут быть и другие преимущества: «Системы Fanzor более компактны, чем белки CRISPR, и, следовательно, потенциально могут быть легче доставлены в клетки и ткани», — сказал профессор Фэн Чжан, который первым сообщил о ДНК-ориентированной РНК-технологии режущей способности Fanzors, но в новом исследовании не участвовал.
Чжан также предположил, что риск нецелевых эффектов может быть меньшим, по крайней мере, при использовании грибкового белка Fanzor, который его команда подробно изучала.
Опираясь на работу Чжана, Гутенберг и соавторы расширили известное разнообразие Fanzor на порядок и смогли идентифицировать пять семейств среди более чем 3600 новых ферментов. Они также смогли пролить свет на их эволюционную историю.
Вполне вероятно, что Fanzor произошли от бактериальных ферментов под названием TnpBs, сходство с которыми впервые привлекло к ним внимание ученых. Команда полагает, что TnpB, возможно, проникали в эукариотические клетки и запускали эволюцию Fanzor более одного раза, после чего ферменты приобрели функции, подходящие для их новой среды.
Они также обнаружили, что Fanzor имеют активный сайт, отличный от их бактериальных предшественников, что позволяет им более точно разрезать ДНК.
Команда надеется, что благодаря дополнительным разработкам Fanzors однажды смогут открыть новый рубеж биологии, управляемой РНК, и проложить путь к новым инструментам редактирования генов. «Это новая платформа, и у нее много возможностей», — сказал Гутенберг.
«Открытие всего эукариотического мира для этих типов РНК-управляемых систем даст нам много возможностей для работы», — добавил соавтор и научный сотрудник McGovern Омар Абудайе.
Не довольствуясь тысячами уже открытых, команда стремится продолжать поиск новых таких ферментов: «Широкое распространение нуклеаз Fanzor среди различных эукариотических линий и связанных с ними вирусов предполагает, что у эукариот может существовать гораздо больше неизвестных в настоящее время РНК-управляемых систем, служащих богатым ресурсом для будущей характеристики и разработки новых биотехнологий», — пишут они в своем заключении.
Как говорится, чем больше, тем лучше.