Oamenii de știință au dezvoltat o metodă CRISPR mai sigură prin tăierea delicată a ADN-ului
Cercetătorii de la Universitatea Cornell au creat o modalitate mai sigură și mai precisă de a studia funcționarea genelor în țesuturile vii, prin rafinarea unei tehnici genetice bazate pe CRISPR, utilizată pe muște de fructe, permițând o investigare mai bună a modului în care genele contribuie la dezvoltare și boală.
Publicat pe 27 mai în Proceedings of the National Academy of Sciences, studiul evidențiază o nouă metodă care înlocuiește tăieturile dure ale ADN-ului utilizate în analiza tradițională CRISPR cu tăieturi mai blânde, cunoscute sub denumirea de „nicks”.
Conform lui Chun Han, profesor asociat în cadrul Departamentului de Biologie Moleculară și Genetică din Colegiul de Agricultură și Științe ale Vieții și Weill Institute for Cell and Molecular Biology, abordarea permite încă cercetătorilor să studieze funcția genelor în țesuturi vii, dar cu mult mai puține daune celulare neintenționate și cu un control mai mare asupra experimentului.
CRISPR este o tehnologie de editare genetică care permite cercetătorilor să taie cu precizie ADN-ul pentru a studia funcția genelor. O metodă bazată pe CRISPR, numită MAGIC, creează grupuri mici de celule modificate într-un organism normal. Astfel, cercetătorii pot observa cum genele specifice influențează dezvoltarea, comportamentul celular și bolile.
Tehnica MAGIC originală se bazează pe crearea de rupturi de dublu brin, tăieturi prin ambele fire de ADN, pentru a declanșa modificările genetice necesare analizei.
„Ne-am dorit în principal să îmbunătățim tehnica MAGIC găsind o modalitate de a evita toxicitatea asociată cu Cas9, care acționează ca „foarfeca moleculară” în sistemul de editare a genelor CRISPR”, a declarat Han, care a condus studiul alături de studentul la doctorat Yifan Shen și de studenta la nivel de licență Ann Yeung, care acum este studentă la doctorat la Harvard.
Sistemul MAGIC original folosește enzima CRISPR Cas9 pentru a tăia ambele fire de ADN pentru a induce recombinarea între cromozomii omologici, perechi de cromozomi moșteniți de la fiecare părinte, în celulele în dezvoltare. Recombinarea ajută la crearea de celule homozigote (celule care conțin două copii identice ale unei gene provenite de la un singur părinte), necesare pentru a studia funcția genelor, dar rupturile de ADN pot, de asemenea, să reorganizeze cromozomii în mod neintenționat.
„În designul nostru original al MAGIC, am folosit Cas9 pentru a induce rupturi de dublu brin (DSB) în celulele în dezvoltare. Însă aceste rupturi de ADN pot fi extrem de dăunătoare cromozomilor în timpul diviziunii celulare, afectând sau ucigând celulele”, a afirmat Chun Han.
Pentru a aborda problema, cercetătorii s-au orientat către „nickase”, versiuni modificate ale Cas9 care taie doar un fir de ADN în loc de ambele.
„Nickasele sunt derivate din Cas9, dar conțin mutații care le permit să taie doar un fir de ADN”, a explicat Han. „Fără a produce rupturi de dublu brin, nickasele nu dăunează celulelor în aceeași măsură și pot fi utilizate în continuare cu tehnica MAGIC.”
Una dintre cele mai neașteptate descoperiri ale studiului a fost că chiar și o singură tăietură de ADN putea declanșa recombinarea necesară pentru ca tehnica MAGIC să funcționeze, a adăugat Han.
Cercetătorii au constatat, de asemenea, că modelul exact de tăiere a ADN-ului influențează puternic cât de frecvent apare recombinarea ADN-ului, oferind oamenilor de știință noi modalități de a ajusta experimentele pentru diferite nevoi de cercetare.
Această avansare ar putea ajuta cercetătorii să studieze genele cu mai multă încredere, reducând riscul ca daunele experimentale să afecteze comportamentul celular. Instrumentele genetice mai clare și mai fiabile ar putea ajuta cercetătorii să studieze mai bine cum contribuie genele la dezvoltare și boală, a afirmat Han.
„Capacitatea noastră de a studia biologia este restricționată de limitele instrumentelor noastre”, a declarat el. „Evitarea daunelor neintenționate ale ADN-ului poate face ca cercetătorii să fie mai încrezători în utilizarea acestei tehnici și în interpretarea rezultatelor lor.”
Han a menționat că noul sistem bazat pe nickase, combinat cu un recent toolkit MAGIC la nivelul întregului genom, ar putea extinde utilizarea tehnicii în întreaga comunitate de cercetare a muștelor de fructe și, în cele din urmă, și dincolo de aceasta.
„Drosophila, musca de fructe, este adesea locul de naștere al noilor tehnici genetice”, a spus Han. „Dar multe tehnici genetice inventate în Drosophila au găsit ulterior aplicabilitate în alte organisme.”
