Ученые впервые нашли способ внести целевые изменения в ДНК

Большинство клеток в человеческом теле имеют две генетические библиотеки; одна в ядре, а другая внутри структур, называемых митохондриями.

Совместные усилия нескольких исследовательских групп привели к процессу, который однажды позволить ученым изменить инструкции, составляющие «другой» геном клетки, и потенциально лечить ряд заболеваний.

Молекулярной основой этого революционного инструмента для редактирования генов является токсин DddA, выделяемый бактерией Burkholderia cenocepacia для убийства других микробов, когда конкуренция за ресурсы становится серьезной.

Исследователи из Вашингтонского университета некоторое время интересовались токсином, обнаруживая, что он превращает основание нуклеиновой кислоты, называемое цитозином, в другое, обычно встречающееся в РНК, называемое урацилом.

Это далеко не первый раз, когда исследователи обращаются к бактериальному оружию, чтобы найти подсказки, как настроить ДНК таким способом. Фактически, целое семейство так называемых ферментов деаминазы уже было использовано в генной инженерии.

Исследовательская группа из Массачусетского технологического института 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.

Это не слишком большая проблема, если вы хотите внести изменения, чтобы удвоить нити ДНК внутри чего-то столь же гостеприимного, как ядро ​​клетки. Но изменение шаблонов РНК через селективную мембрану митохондрии не так просто.

Это связано с тем, что более миллиарда лет назад митохондрии сами по себе были организмами, и со временем эволюционировали, разделив обязанности расщепления глюкозы с клетками.

К счастью, токсин DddA обладал уникальной способностью внесения изменений в обе цепи ДНК, открывая путь для CRISPR — и его громоздкой матрицы РНК — в пользу альтернативных методов нацеливания на последовательность, которую вы хотите изменить.

Этот класс ферментов может быть приспособлен для поиска специфических кодов нуклеиновых кислот и их разделения. Как раз то, что нужно для введения токсина, заменяющего цитозин.

Совместно с DddA специально созданный фермент может найти целевую последовательность внутри митохондрий и превратить любой найденный им цитозин в урацил, который впоследствии трансформируется в аналогичную ДНК-специфическую основу под названием тимин.

Подобно тому, как мутации в ядерной ДНК могут вызывать самые разные состояния здоровья, мутации в генах митохондрий также могут быть проблематичными, влияя на что угодно, от развития мозга до роста мышц, уровней энергии, обмена веществ и иммунитета.

Исследование опубликовано в журнале Nature.