«Это должно не только ускорить научные открытия, но и помочь нам лучше сконструировать микробные организмы для дальнейшей биотехнологии и медицины», — говорит доктор Чейз Бейзель, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии в NC State и старший автор статьи о работе. «Например, это может помочь нам разработать штаммы бактерий, которые более эффективно превращают биомассу растений в жидкое топливо».Этот метод работает путем взлома собственной системы CRISPR-Cas микроба. Система обычно защищает бактерии от захватчиков, таких как вирусы, путем создания небольших цепочек РНК, называемых РНК CRISPR, которые соответствуют последовательностям ДНК, специфичным для данного захватчика. В наиболее распространенном типе системы CRISPR-Cas, называемом системой типа I, РНК CRISPR и набор белков плотно прикрепляются к соответствующей последовательности ДНК.
После связывания белки передают сигнал другому белку, называемому Cas3, который разрезает ДНК.«Наш подход состоял в том, чтобы модифицировать систему Типа I двумя способами», — говорит Бейзель. «Сначала мы редактируем геном микроба, чтобы он не вырабатывал Cas3, а затем вводим синтетическую ДНК, которая производит наши индивидуализированные РНК CRISPR».Эти индивидуализированные РНК включают комплементарные последовательности, адаптированные для соответствия конкретным последовательностям ДНК в геноме микроба.
Когда ген включен, он транскрибирует определенные РНК, которые клетка использует для производства белков. Этот процесс лежит в основе всех биологических функций.
Но когда настроенные РНК CRISPR прикрепляются к определенному гену, эти гены отключаются или блокируются от транскрипции РНК. Команда Байзела смогла представить как отдельные РНК CRISPR, так и группы РНК CRISPR, которые были связаны вместе, что позволило им одновременно воздействовать на несколько генов.
Некоторые из этих генов позволяют микробам потреблять различные сахара. Контролируя, какие гены были отключены, команда могла диктовать, какие сахара могли потреблять микробы.«Этот метод позволит исследователям лучше понять роль отдельных генов или наборов генов, просто отключив эти гены», — говорит Бейзель. «И этот подход можно использовать в сочетании с высокопроизводительными методами скрининга для выявления наборов генов, связанных с такими проблемами, как множественная лекарственная устойчивость или преимущества, например, связанные с пробиотиками».Кроме того, поскольку пораженные гены не разрушаются — нет белков Cas3, которые могли бы их расщепить, — метод может позволить генам снова включиться.
Это достигается путем остановки производства РНК CRISPR, что позволяет затронутым генам снова начать транскрибировать по мере размножения микробов и деградации оставшейся РНК CRISPR.