Нові геномні редактори розширюють можливості вставляння великих генів
Науковці розвивають геномні редактори, що можуть вбудовувати великі фрагменти ДНК і доповнювати можливості CRISPR–Cas9.
Науковці розробляють нові методи редагування геному, здатні вбудовувати значно більші фрагменти ДНК, ніж традиційні інструменти CRISPR–Cas9. Такі підходи можуть бути корисними для заміни цілих дефектних генів, надання клітинам нових функцій і створення моделей захворювань. Про розвиток технологій повідомляє Nature.
CRISPR–Cas9 ефективний для невеликих змін у послідовності ДНК, зокрема для вимкнення гена. Однак цей метод передбачає розрізання обох ниток ДНК, а відновлення розриву залежить від природних механізмів клітини, які можуть давати непередбачуваний результат. Ефективність вставляння ДНК за допомогою CRISPR–Cas9 також падає зі збільшенням розміру фрагмента; зазвичай технологію застосовують для послідовностей до 2 тисяч пар основ.
Точніше базове редагування дає змогу змінювати окремі «літери» ДНК, але для спадкових хвороб із великою кількістю варіантів мутацій може знадобитися багато окремих терапій. Наприклад, хворобу Штаргардта пов’язують із понад 1 200 варіантами гена ABCA4, приблизно 750 з яких потенційно можна виправити базовим редагуванням.
Вставляння великих послідовностей
Один із нових методів, PASTE, поєднує прайм-редагування з великими сериновими інтегразами — ферментами, що можуть вбудовувати десятки тисяч основ ДНК у визначені ділянки геному без розрізання обох ниток. Розробники методу Омар Абуддає та Джонатан Гутенберг використовують інтегразу Bxb1. Прайм-редагування створює в геномі так званий посадковий майданчик, після чого інтеграза вставляє потрібну послідовність ДНК.
Дослідники компанії Tome Biosciences, яка нині закрита, застосували варіант PASTE у макак-крабоїдів для заміни гена, пов’язаного з гемофілією B у людей. Після одного введення скоригований варіант гена виявили приблизно в половині клітин печінки тварин. Водночас метод потребує кількох компонентів і двох систем доставки: ліпідних наночастинок із матричною РНК для ферментів та направляючою РНК, а також аденоасоційованого вірусу з донорною ДНК і посадковою послідовністю.
Транспозони та рекомбінація
Інший напрям — CRISPR-асоційовані транспозази, або CAST. Ці системи можуть спрямовувати мобільні елементи ДНК у конкретну ділянку геному за допомогою направляючої РНК. Система evoCAST, оптимізована Семом Стернбергом і Девідом Лю для людських клітин, здатна вставляти до 15 тисяч основ ДНК у кілька ділянок геному, важливих для потенційного лікування. Проте деякі конфігурації evoCAST потребують шести або семи білків, що ускладнює доставку компонентів у клітини.
Біоінженерка Шеннон Міллер розвиває підхід на основі рекомбінації, який походить із методів переписування бактеріальних геномів. Її система займає близько 1 500 пар основ без урахування донорної ДНК і залежно від розміру вантажу може бути вміщена в один геном аденоасоційованого вірусу. Також дослідники вивчають ретротранспозони R2, які можна доставляти як РНК у ліпідних наночастинках, хоча їхнє спрямування до потрібної ділянки геному потребує складного перепроєктування ДНК-зв’язувального домену.
