Менее чем за десять лет CRISPR-Cas9 произвел революцию в биологических исследованиях. Cas9 позволяет для конкретных целей исправлять или модифицировать («редактировать») практически любую последовательность ДНК.
Есть надежда, что генетические ножницы также позволят вылечить и предотвратить генетические заболевания.Интересным аспектом Cas9 является то, что молекулу можно запрограммировать с помощью искусственного генетического кода, который затем можно заставить искать соответствующую последовательность в геноме. Исследовательская группа из Уппсальского университета обнаружила, как Cas9 находит правильную последовательность.«Большинство белков, которые ищут код ДНК, могут распознавать одну конкретную последовательность, просто ощущая внешнюю сторону двойной спирали ДНК.
Cas9 может искать произвольный код, но чтобы определить, находится ли он в нужном месте, молекула должна открыть двойную спираль ДНК и сравнить последовательность с запрограммированным кодом. Невероятно то, что он все еще может обыскивать весь геном без использования энергии », — говорит Йохан Эльф, ответственный за исследование.
Исследователи разработали два новых метода для измерения того, сколько времени требуется Cas9, чтобы найти свою целевую последовательность. Первый метод показал, что Cas9 требуется до шести часов для поиска бактерии, то есть по четырем миллионам пар оснований. Этот несколько маловероятный результат также можно было проверить с помощью второго, независимого метода.
Найденное время также совпадает с количеством миллисекунд, которое Cas9 имеет для тестирования каждой позиции, которое исследователи смогли измерить, отслеживая меченые молекулы Cas9 в режиме реального времени.«Результаты показывают, что цена, которую Cas9 платит за гибкость, — это время. Чтобы быстрее найти цель, необходимо больше молекул Cas9, ищущих ту же последовательность ДНК », — говорит Йохан Эльф.
Очень высокие концентрации Cas9, необходимые для нахождения правильной последовательности в разумные сроки, могут создать серьезные проблемы для клеток, которые ученые пытаются чередовать. Но поскольку теперь природа процесса поиска понятна, был найден важный ключ к пониманию того, как можно улучшить систему.
Пожертвовав частью гибкости Cas9, можно было бы разработать генетические ножницы, которые по-прежнему достаточно универсальны для редактирования различных генов, но в то же время достаточно быстры, чтобы их можно было использовать в медицине.«Результаты дали нам ключ к пониманию того, как мы можем достичь такого решения», — говорит Эльф. «Ключ кроется в так называемых« последовательностях PAM », которые определяют, где и как часто Cas9 открывает двойную спираль ДНК. Молекулярные ножницы, которым не нужно открывать спираль столько раз, чтобы найти свою цель, не только быстрее, но и снижают риск побочных эффектов ».