Система CRISPR — мощный инструмент целенаправленного редактирования геномов. И его можно было бы широко использовать для лечения разных болезней, но применять его рискованно — можно отредактировать и не то, что планировалось.
В статье, опубликованной в PLOS Biology, Фэн Гу (Feng Gu) из Медицинского университета Вэньчжоу и его коллеги сообщают, что мутация фермента, лежащего в основе системы редактирования генов CRISPR может улучшить её точность. Модифицированная ферментная система открывает возможность более безопасного редактирования генов.
Система CRISPR для расщепления ДНК использует фермент Cas9. Он может вырезать почти любую последовательность ДНК. Его специфичность обусловлена взаимодействием с гидовой РНК (гРНК, gRNA), последовательность которой позволяет ему связываться с ДНК-мишенью посредством сопоставления пар оснований. Как только это происходит, фермент активируется и ДНК разрезается.
Проблема в том, что гидовая РНК может слабо связываться и с последовательностями, которые совпадают неточно. В зависимости от того, насколько велико совпадение и насколько плотно фермент взаимодействует с парным комплексом гРНК—ДНК, фермент может активизироваться и разрезать ДНК неправильно, с потенциально вредными последствиями.
Как известно, учёные узнали о системе CRISPR-Cas в процессе изучения бактериального генома. Множество бактерий используют её разновидности как средство борьбы с вирусами. Для целей генетического редактирования неплохо подходит CRISPR-Cas золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus), она достаточно компактна для того, чтобы её можно было упаковать в вирусный вектор. Китайские исследователи задались вопросом, можно ли увеличить точность работы системы, отобрав самый удачный вариант фермента. Было создано множество линий стафилококка с различными вариациями Cas9 и отобраны наиболее перспективные варианты.
Найдены модификации, улучшающие исходную точность «дикого» фермента в 2—93 раза. Теперь нам известен Cas9-мутант, способный выделять и отбрасывать одиночные парные несоответствия между гРНК и ДНК. Мутация затрагивает часть домена распознавания, область фермента, которая координирует контакты между ферментом и комплексом гРНК-ДНК. Вероятно, что это даёт эффект ослабления нежелательных контактов, таким образом только самое сильное слияние — которое происходит при идеальном соответствии последовательности — вызывает активность фермента.