Американские ученые совершили прорыв в редактировании ДНК

Это стало возможным впервые в истории.

Исследователи из США разработали принципиально новый способ редактирования митохондриальной ДНК с помощью бактериального токсина, сообщает nv.ua.

До сих пор методы генного редактирования ДНК достигали эффекта только в ядре клетки, но не могли отредактировать последовательности ДНК в митохондриях, структурах, которые называют «электростанциями клетки».

Молекулярной основой этого революционного инструмента для редактирования генов является токсин DddA, выделяемый бактерией Burkholderia cenocepacia для борьбы с другими микробами, когда конкуренция за ресурсы становится серьезной.

Исследователи из Вашингтонского университета обнаружили, что этот токсин превращает основание нуклеиновой кислоты, которое называется цитозин, в другое, которое обычно встречается в РНК и называется урацил.

Это далеко не первый раз, когда исследователи обращаются к бактериальному оружию, чтобы найти подсказки о том, как настроить редактирование ДНК. Фактически, целое семейство так называемых ферментов деаминазы уже было использовано в генной инженерии. К сожалению, ферменты деаминазы, как правило, работают только на отдельных нитях ДНК.

Чтобы обойти это, другая исследовательская группа из Массачусетского технологического института и Гарварда объединила деаминазу с обменом кода с технологией CRISPR, что влечет за собой использование РНК-матрицы для идентификации последовательности, а затем использование ферментов для внесения изменений.

Исследователи сконструировали варианты DddA, разделенные на две половины, каждая из которых нетоксична и остается неактивной до момента взаимодействия с другой половиной. К каждой из двух половин присоединили домен TALE, который можно запрограммировать на распознавание определенной нуклеотидной последовательности.

TALE может найти целевую последовательность внутри митохондрий и превратить любой найденный им цитозин в урацил, который впоследствии трансформируется в аналогичную ДНК-специфическое нуклеотидное основание под названием тимин.

Систему опробовали на пяти митоходриальных генах: MT-ND1, MT-ND2, MT-ND4, MT-ND5 и MT-ATP8, причем эффективность редактирования составляла от 4,6% до 49%, а редактирование целевой последовательности происходило в 150−860 раз чаще, чем нецелевых участков. Изменение только половины генов может не показаться большой победой, но, учитывая отсутствие каких-либо признаков потенциально катастрофических изменений за пределами целевых последовательностей, это делает инструмент перспективным.

Подобно тому, как мутации в ядерной ДНК могут вызывать самые разные состояния здоровья, мутации в генах митохондрий также могут быть проблемными, влияя на что угодно, от развития мозга до роста мышц, уровней энергии, обмена веществ и иммунитета. Митохондрии и любые разрушительные мутации в них могут передаваться из поколения в поколение по материнской линии.

«С этой новой технологией DddA мы, наконец, сможем создать модели на животных, которые имитируют ряд тяжелых митохондриальных состояний у людей», — отмечают авторы исследования.

В то же время, для оценки терапевтического потенциала DddA в лечении митохондриальных болезней еще предстоит провести исследования на разных линиях клеток и на животных моделях.

Ранее НВ писал, что ученые изменили ДНК грызунов, чтобы найти вакцину от коронавируса. Исследователи из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработали так называемую «мышиную модель COVID-19», которая воспроизводит человеческое заболевание.

Такие мыши с измененным геномом, как ожидается, ускорят поиск лекарств и вакцин от потенциально смертельной болезни.

Чтобы увидеть, развивается ли у мышей болезнь, подобная той, которая наблюдается у людей, исследователи заразили мышей модифицированным аденовирусом, а затем через пять дней передали им вирус COVID-19.

Вирус быстро распространился по дыхательным путям и особенно в легкие, где он размножается в больших количествах и вызывает пневмонию с выраженным воспалением, как и у людей. Исследователи также обнаружили более низкие уровни вируса в сердце, селезенке и мозге — во всех органах, которые могут быть мишенью вируса у людей.