В прошлом году я писал о CRISPR On-Off – это система для использования инструмента генетической модификации CRISPR для того, чтобы отключить экспрессию гена, а затем снова включить, не изменяя сам ген. Теперь исследователи опубликовали аналогичное применение CRISPR, используя другой механизм для включения экспрессии отключенных генов. Их методика демонстрирует мощь CRISPR как модифицируемой платформы. В ходе исследования также был использован искусственный интеллект для разработки новой системы, что еще раз показывает, как искусственный интеллект используется для значительного ускорения темпов исследований.
В новом методе также используется CRISPR (сгруппированные короткие палиндромные повторы с регулярными промежутками), который был получен от бактерий, которые используют его как часть своего иммунитета против вирусов. CRISPR подобен носителю, который может быть прикреплен к определенному участку ДНК. Затем он найдет нужный участок ДНК в геноме и нацелится на него. CRISPR также может быть присоединен к различным белкам, наиболее известным из которых является CAS9, который затем может выполнять определенную функцию, когда добирается до своей цели. CAS9 – это устройство для сращивания ДНК, поэтому система CRISPR-CAS9 может выбрать нужный участок ДНК и сращивать его. Это может быть использовано для разрушения гена или для создания места для введения нового гена или его модификации, что требует отдельного процесса, включающего механизм репарации ДНК.
Система CRISPR значительно сократила затраты и время, необходимые для внесения изменений в геном. Технология также быстро развивается, поскольку исследования с использованием CRISPR теперь доступны для гораздо большего числа лабораторий и исследователей. Например, помимо CAS9, можно использовать и другие полезные приложения. Исследователи также учатся настраивать скорость и точность CRISPR.
Нынешние исследователи хотели разработать другой способ увеличить экспрессию генов, которые были эффективно подавлены. Это отличный способ изучить, что делают эти гены, особенно если их можно включать по отдельности. По мере развития клетки избирательно включают и выключают гены, чтобы определить их функцию. Каждая клетка с ядром в организме обладает полным геномом, но есть гены печени, которые заставляют некоторые клетки развиваться в клетки печени, и гены легких, которые заставляют другие клетки превращаться в клетки легких. Одной из систем подавления экспрессии гена является метилирование гистона 3 лизином 27 (H3K27me3), которое маркируется репрессивным комплексом polycomb 2 (PRC2). Гистоны – это белки, которые обволакивают длинную молекулу ДНК, чтобы поддерживать ее в управляемом состоянии внутри клеток. PRC2 – это белок, который, по сути, блокирует экспрессию гена. Таким образом, если бы вы могли заблокировать PRC2, вы могли бы активировать подавленный ген. Вот что сделали исследователи.
Сначала они начали с CRISPR-CAS9. Затем они модифицировали CAS9 так, что он больше не функционировал, превратив его в dCas9 (“d” означает “мертвый”). Затем они использовали искусственный интеллект для разработки белка, который блокировал бы функцию PRC2, и присоединили этот белок к dCas9. Затем они смогли увеличить экспрессию отдельных генов по одному, воздействуя на них с помощью компонента CRISPR. Вот что они обнаружили:
В общей сложности мы нацелились на 26 специфических сайтов в промоторных областях, расположенных выше по течению от четырех различных генов, и наблюдали значительную PRC2-зависимую депрессию транскрипции в 8 локусах. NCdCas9, который отличается от EB двумя аминокислотами, необходимыми для связывания EED, не приводит к изменениям транскрипции. Это позволяет предположить, что EBdCas9 действует путем локального ингибирования активности PRC2.
“EB” – это белок, разработанный для блокирования функции PRC2, который срабатывал при воздействии на 8 исследованных участков ДНК-мишени для увеличения экспрессии генов. В качестве контроля они использовали другой белок, NC, который не изменял активность гена (транскрипцию из гена в белок). Это подтверждает вывод о том, что важным было блокирование PRC2. Это исследование было скорее направлено на тестирование работы всей системы в целом, а не на изучение эффективности конкретных приложений. Короче говоря, они показали, что их система EBdCAS9 работает.
Преимущество этой системы и CRISPR в целом заключается в том, что это не одно приложение, а платформа. У нас есть CRISPR, который может воздействовать на конкретное желаемое место в цепи ДНК в клетке. С этим связан dCas9, который, по сути, функционирует как соединительный сегмент, соединяющий CRISPR с другим белком. Затем белки могут быть разработаны для выполнения определенных функций, как в данном случае, когда EB был разработан для блокирования PRC2. В этом случае он функционирует как модульная система со взаимозаменяемыми деталями для различных применений. Кроме того, мы можем использовать алгоритмы искусственного интеллекта для разработки конкретных белков для выполнения определенных функций. Итак, это дизайнерская модульная система. Довольно круто.
Это еще раз демонстрирует невероятную мощь современной генетики. Мы все больше берем под контроль фундаментальный жизненный код, можем изменять его по своему желанию, и это только начало.
