O armă pe care virușii o folosesc în războiul lor neobișnuit cu bacteriile ar putea fi folosită pentru a opri cel mai puternic instrument de editare a genelor din lume.
Acest lucru, la rândul său, ar putea reduce riscul ca sistemul bacterian de tăiat și să lipească, numit CRISPR-Cas9, să scape genele greșite și să introducă modificări genetice scăpate la om sau alte specii în sălbăticie.
Într-un nou studiu, oamenii de știință au descoperit că o proteină minusculă închide sistemul și, cel puțin într-o farfurie Petri, proteina funcționează în celulele umane, au spus cercetătorii.
„Este practic o singură proteină pe care o putem produce în celulă sau livrăm celulei care va opri Cas9, o va opri de la legarea și tăierea ADN-ului”, a declarat autorul studiului, Joseph Bondy-Denomy, un microbiolog de la Universitatea din California, San Francisco.
Găsirea și înlocuirea genetică
Complexul CRISPR-Cas9 este un instrument puternic în apărarea imunitară bacteriană împotriva virusurilor invadatoare. Atunci când un virus se infiltrează într-o celulă bacteriană, bacteriile mobilizează o secvență de ADN, numită CRISPR, sau „repetări grupate cu intervale scurte palindromice scurte”. ADN-ul constă din blocuri scurte de perechi de baze repetate, separate prin ADN-ul distanțator. Bacteriile copiază și introduc secvența ADN viral în regiunea CRISPR și produc două șiruri de ARN. Acest ARN se asociază apoi cu o enzimă numită Cas9, care acționează ca o pereche de foarfece ghidate, aderându-se la ADN-ul viral țintă și eliminându-l. În cele din urmă, celula repară ADN-ul, înlocuind fragmentul de ADN șters cu o altă piesă de înlocuire (furnizată de oamenii de știință). În esență, sistemul CRISPR / Cas9 poate fi utilizat ca o „descoperire și înlocuire” genetică.
Ușurința de utilizare a sistemului CRISPR înseamnă că ar putea fi utilizată pentru aproape orice tehnică de editare a genelor. De exemplu, medicii ar putea într-o zi să editeze celulele imunitare umane în laborator pentru a recunoaște celulele canceroase, și apoi să injecteze acele celule înapoi la o persoană ca un tratament țintit împotriva cancerului, a spus Bondy-Denomy. Recent, cercetătorii din China au folosit CRISPR pentru a edita embrioni umani cu defecte genetice grave, deși nu au permis embrionilor să se maturizeze.
Efecte off-target
Cu toate acestea, sistemul de editare a genelor are o problemă: Totuși, uneori se taie secvențele greșite de ADN. Cas9 se lipeste de asemenea prea mult timp; este nevoie de aproximativ 24 de ore pentru ca jumătatea din Cas9 să fie degradată de o celulă, oferindu-i o mulțime de timp pentru a face reduceri off-target ADN-ului, a spus Bondy-Denomy la Live Science.
Prin urmare, dacă Cas9 are un comutator "dezactivat", aceasta ar face posibilitatea unei inginerii genetice umane să fie mai sigură, a spus Bondy-Denomy.
El și colegii săi au motivat că virușii trebuie să aibă un mod de a opri CRISPR / Cas9. Pentru a reproduce, virușii adesea introduc propriul ADN în genomul bacteriei, cooptând aparatura genetică a celulei pentru a face multe copii ale ADN-ului viral. Prin această logică, atunci, virușii trebuie să aibă o modalitate de a dezactiva CRISPR / Cas9 sau, uneori, sistemul imunitar al bacteriilor ar identifica ADN-ul viral țintă în propriul genom, l-ar tăia și s-ar determina să se autodistrugă, Bondy-Denomy și ai lui au spus colegii.
"Cas9 ar trebui să creeze un ARN care va cliva virusul care se întâmplă să fie în propriul său genom - nu este suficient de inteligent pentru a ști că este în propriul său genom", a spus Bondy-Denomy pentru Live Science. Echipa a motivat că, dacă celula bacteriană este stabil și nu se autodistruge, „atunci probabil că acest virus creează o proteină inhibitoare”.
Apoi, echipa a analizat 300 de tulpini de listeria bacterii, care provoacă boli transmise de alimente, pentru semne că ADN-ul viral s-a infiltrat în genomul bacterian. Cu toate acestea, bacteriile nu se autodistrugeau. De acolo, au căutat proteine care s-au inactivat listeriaversiunea Cas9, care este foarte asemănătoare cu cea utilizată în majoritatea laboratoarelor din întreaga lume, numită SpyCas9.
Echipa a găsit patru proteine anti-CRISPR, dintre care două au funcționat împotriva SpyCas9 utilizate frecvent, au raportat cercetătorii astăzi (29 decembrie) în revista Cell. Într-o farfurie Petri, aceste două proteine anti-CRISPR au funcționat și în celulele umane pentru a dezactiva sistemul CRISPR / Cas9.
Inginerie mai sigură
Echipa încă trebuie să demonstreze că folosirea proteinelor anti-Cas9 reduce potențialul de tăiere a lui Cas9 și nu știu cât timp durează proteina în celule. Cu toate acestea, dacă pot arăta că proteina funcționează in vivo, noua descoperire ar avea potențialul de a asigura editarea genelor mai sigură eliminând Cas9 rapid.
"Nu te bazezi pe degradarea sa pasivă; de fapt, te asiguri că va fi oprit", a spus Bondy-Denomy.
Tehnica ar putea fi folosită și pentru alte aplicații. De exemplu, oamenii au discutat despre utilizarea Cas9 pentru a introduce o genă mutantă într-o întreagă populație de țânțari pentru a le eradica sau a preveni răspândirea anumitor boli.
"Acesta este în esență dezlănțuirea bioteroriei asupra unui organism", care ar putea avea consecințe bune, rele sau complet imprevizibile, a spus Bondy-Denomy. Deci, aceste proteine anti-CRISPR ar putea fi un întrerupător la îndemână sau un mecanism de control pe care să-l folosească în cazul în care o astfel de inginerie la nivelul întregii specii trebuie să fie reînnoită, a spus Bondy-Denomy.
