Naukowcy z University of Texas w Austin przeprojektowali kluczowy składnik powszechnie stosowanego narzędzia do edycji genów CRISPR - kaspazę 9 (Cas9) - minimalizując prawdopodobieństwo trafienia w niewłaściwy fragment DNA aż 4000 razy. Nowa technika jest jednocześnie równie skuteczna, co oryginalny wariant CRISPR/Cas9.
- To naprawdę może być przełom w szerszym zastosowaniu systemu CRISPR/Cas9 w edycji genów - powiedział prof. Kenneth Johnson, współtwórca nowej techniki. Pomagał mu adiunkt David Taylor oraz doktoranci Jack Bravo i Mu-Sen Liu.
Inne laboratoria przeprojektowały Cas9, aby zmniejszyć liczbę interakcji poza celem, ale jak dotąd wszystkie te wersje poprawiają dokładność, poświęcając szybkość. SuperFi-Cas9, jak nazwano tę nową wersję, jest 4000 razy mniej podatna na oddziaływania poza celem, ale równie szybka jak Cas9 występujący naturalnie.
- Można myśleć o różnych wersjach Cas9 jak o różnych modelach samochodów. Większość modeli jest naprawdę bezpieczna, ale ich prędkość maksymalna wynosi 16 km/h. Są bezpieczniejsze niż naturalnie występujący Cas9, ale wiąże się to z dużymi kosztami: Poruszają się niezwykle wolno. SuperFi-Cas9 jest jak samokierujący się samochód, który został zaprojektowany tak, aby był niezwykle bezpieczny, ale nadal może jechać z pełną prędkością - powiedział Jack Bravo.
Do tej pory badacze zademonstrowali zastosowanie SuperFi-Cas9 na DNA w probówkach. Wkrótce mają zostać przeprowadzone testy SuperFi-Cas9 do edycji genów w żywych komórkach.
Technika CRISPR/Cas9 2.0
Narzędzia do edycji genów oparte na technologii CRISPR zostały zaadaptowane z systemów obronnych naturalnie występujących u bakterii. W naturze białko Cas9 unosi się w środowisku, szukając DNA o bardzo specyficznej sekwencji 20 liter, jak znacznik na mapie, który oznacza "tnij tutaj". Kiedy Cas9 napotyka na błędy w pozycjach 18-20, zamiast zatrzymać się, używa struktury podobnej do palca, która wślizguje się i przytrzymuje DNA, sprawiając, że zachowuje się ono tak, jakby było prawidłową sekwencją. Jest to tzw. niedopasowanie, które może mieć katastrofalne skutki w edycji genów. W normalnych warunkach niedopasowanie powoduje, że DNA staje się niestabilne; ta struktura przypominająca palec stabilizuje je.
- To tak, jakbyśmy mieli krzesło, którego jedna z nóg została odłamana i po prostu skleili ją taśmą klejącą. Może ono nadal funkcjonować jako krzesło, ale może być trochę chwiejne. To dość brudna naprawa - powiedział Bravo.
Bez tej dodatkowej stabilności w DNA, Cas9 nie podejmuje innych kroków potrzebnych do cięcia DNA i wprowadzania zmian. Nikt wcześniej nie zaobserwował, aby ten dodatkowy palec zapewniał taką stabilizację.
Naukowcy przeprojektowali dodatkowy palec Cas9 tak, że zamiast stabilizować część DNA zawierającą niedopasowanie, palec ten jest odsuwany od DNA, co uniemożliwia Cas9 kontynuowanie procesu cięcia i edycji DNA. W rezultacie otrzymano SuperFi-Cas9, białko, które tnie właściwy cel tak samo łatwo jak naturalnie występujący Cas9, ale jest znacznie mniej prawdopodobne, że przetnie niewłaściwy cel.
