Разрезание выполняется белком Cas9, который действует как ножницы, в то время как другие части системы действуют как направляющие, указывающие, где Cas9 должен разрезать ДНК. Ученые использовали эти молекулярные ножницы в сочетании с искусственными проводниками, чтобы специально модифицировать гены — не только у бактерий, но также у растений и животных.Белок Cas9 также способен разрезать РНК.
В то время как ножницы Cas9, как известно, обычно разрезают ДНК, исследователи из Университета Юлиуса-Максимилиана в Вюрцбурге (JMU) и Института Гельмгольца по исследованию инфекций на основе РНК (HIRI), учреждения Центра исследований инфекций им. Гельмгольца, в Германии теперь показали что белок Cas9 пищевого патогена Campylobacter jejuni не ограничивается этим.
«Вместо этого белок также способен разрезать родственные молекулы, называемые рибонуклеиновыми кислотами — РНК, для краткости», — подчеркивает профессор Синтия Шарма из Института биологии молекулярных инфекций (IMIB). «Не только это, но мы обнаружили, что можем также запрограммировать этот Cas9 для нацеливания и разрезания определенных молекул РНК».РНК играет центральную роль во всех формах жизни. Основная роль РНК заключается в том, чтобы служить посланником геномного материала в клетке: гены, определенные части информации, хранящиеся в ДНК, извлекаются путем их транскрипции в РНК.
Затем РНК служит шаблоном для перевода этой информации в белки. Способность нацеливаться на РНК вместо ДНК расширяет возможности использования ножниц Cas9. Возможные варианты использования варьируются от контроля того, какие гены выключены или включены, до борьбы с человеческими вирусами, состоящими из РНК, и до быстрого обнаружения инфекционных агентов.Исследователи обнаружили этот молекулярный трюк, изучая молекулы, которые взаимодействуют с Cas9 у Campylobacter.
Они включали многочисленные РНК из клетки. Дальнейшие анализы показали, что Cas9 не только связывает, но и может разрезать РНК таким же образом, как это происходит с ДНК, и что его можно легко проинструктировать для разрезания определенных РНК.
«Открытие было неожиданным, учитывая, что Cas9, как полагают, естественным образом нацеливается только на ДНК», — говорит профессор Чейз Бейзел, который недавно присоединился к HIRI из Университета штата Северная Каролина (США) и сотрудничал с профессором Шарма в этом проекте.Возможно, это общая черта белков Cas9.
В то время как исследователи сделали это открытие с белком Cas9 из Campylobacter, две другие группы исследователей недавно сообщили об аналогичных результатах с Cas9s от двух других бактерий. Это повышает вероятность того, что это захватывающее новое открытие может быть общей чертой белков Cas9 в природе.
Другой вопрос, поднятый в этом исследовании, заключается в том, играет ли способность Cas9 нацеливаться на РНК какую-либо физиологическую роль в Campylobacter. Например, накапливаются данные о том, что системы CRISPR-Cas могут не только служить для борьбы с инфекциями, но, скорее, могут естественным образом участвовать в контроле того, какие гены у Campylobacter включаются и выключаются. Проф. Шарма и проф.
Байзель соглашаются: «Мы продолжаем удивляться тому, на что способен Cas9 и какие новые приложения и технологии создают эти идеи».