Международная команда ученых оптимизировала белок TnpB — предшественник белка Cas, который используется сегодня в инструменте редактирования генома CRISPR. С помощью TnpB и искусственного интеллекта авторы улучшили редактирование генов в 4,4 раза. Компактные «генные ножницы» помогают и в лечении семейной гиперхолестеринемии: с помощью TnpB авторы смогли понизить уровень холестерина у мышей на 80%. В будущем команда планирует разработать аналогичные стратегии редактирования генов у людей. Исследование опубликовано в журнале Nature Methods.
Изначально система CRISPR/Cas, состоящая из компонентов белка и РНК, разрабатывалась как естественный защитный механизм бактерий от проникновения вирусов. «Генные ножницы» произвели революцию в науке и медицине: они могут быть запрограммированы на поиск определенного участка в ДНК и редактирование генетической информации. Например, с помощью CRISPR/Cas мутация в ДНК, вызывающая заболевание, может быть возвращена в здоровое состояние. Однако большой размер белков Cas создает проблемы при доставке их в нужные клетки организма. Недавно ученые обнаружили, что белки Cas произошли от более мелких белков — TnpB. Они также могут использоваться для редактирования генома, однако выполняют это менее эффективно.
Швейцарские и немецкие ученые решили повысить эффективность TnpB. Они заметили, что белки содержатся в различных бактериях, в том числе в Deinococcus radiodurans. Этот микроб переносит холод, жару, вакуум и кислоту и является одним из самых устойчивых к радиации организмов, известных человеку. Исследователи извлекли белок из бактерии и протестировали его на 10 211 участках ДНК. Дополнительно ученые разработали модель искусственного интеллекта, которая прогнозирует эффективность редактирования TnpB на заданном участке.
На основе этой информации команда оптимизировала работу белка так, чтобы он эффективнее попадал в ядро, где находится геномная ДНК, и воздействовал на альтернативные последовательности генома. Затем ученые протестировали TnpB на мышах: его эффективность выросла до 75,3% в печени и 65,9% в мозге. По словам авторов работы, в среднем применение белка повысило эффективность редактирования генома в 4,4 раза.
«В экспериментах на животных мы смогли использовать клинически жизнеспособные аденоассоциированные вирусные векторы для эффективной транспортировки инструментов в клетки мыши. Благодаря небольшому размеру система редактирования генов TnpB может быть упакована в одну вирусную частицу», — добавил Ким Маркварт, первый автор исследования из Швейцарского федерального технологического института.
Также ученые исследовали, можно ли использовать TnpB для лечения пациентов с семейной гиперхолестеринемией. Это генетическое заболевание приводит к повышению уровня холестерина на протяжении всей жизни, увеличивает риск раннего развития атеросклеротических сердечно-сосудистых заболеваний и поражает примерно 31 миллион человек в мире в год. С помощью TnpB исследователи смогли отредактировать ген, регулирующий уровень холестерина, и тем самым снизить уровень холестерина у мышей почти на 80%. В будущем авторы планируют разработать аналогичные стратегии редактирования генов у людей.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
