Исследователи из университетов Бристоля, Мюнстера и Литовского института биотехнологии наблюдали процесс, с помощью которого класс ферментов под названием CRISPR (произносится как «четче») связывает и изменяет структуру ДНК.
Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), представляют собой важную часть головоломки, если эти инструменты редактирования генома в конечном итоге будут использоваться для исправления генетических заболеваний у людей.
Ферменты CRISPR были впервые обнаружены у бактерий в 1980-х годах в качестве иммунной защиты, используемой бактериями против вторгающихся вирусов.
Ученые недавно показали, что один тип фермента CRISPR — Cas9 — может использоваться для редактирования генома человека — полного набора генетической информации для человека.
Эти ферменты были адаптированы для точного нацеливания на одну комбинацию букв в пределах трех миллиардов пар оснований молекулы ДНК. Это эквивалент исправления единственного слова с ошибкой в 23-томной энциклопедии.
Чтобы найти эту иголку в стоге сена, ферменты CRISPR используют молекулу РНК — нуклеиновой кислоты, похожей по структуре на ДНК.
Процесс нацеливания требует, чтобы ферменты CRISPR разделили нити ДНК и вставили РНК, чтобы сформировать специфичную для последовательности структуру, называемую «R-петлей».
Международная команда проверила модель R-петли с помощью специально модифицированных микроскопов, в которых отдельные молекулы ДНК растягиваются в магнитном поле. Изменяя силу скручивания ДНК, исследователи могли напрямую отслеживать события образования R-петли отдельными ферментами CRISPR.
Это позволило им выявить ранее скрытые этапы процесса и исследовать влияние последовательности оснований ДНК.
Профессор Марк Щелькун из Школы биохимии Бристольского университета сказал: «Важной задачей при использовании этих захватывающих инструментов редактирования генома является обеспечение того, чтобы нацелено было только на одно конкретное место в геноме.
«Наши исследования отдельных молекул привели к лучшему пониманию влияния последовательности ДНК на образование R-петли. В будущем это поможет в рациональной реинжиниринге ферментов CRISPR для повышения их точности и минимизации побочных эффектов. Это будет жизненно важно, если мы хотим в конечном итоге применить эти инструменты для коррекции генетических заболеваний у пациентов."
Работа финансировалась в Бристольском университете Исследовательским советом по биотехнологии и биологическим наукам (BBSRC) и Wellcome Trust.