Прорыв CRISPR-Combo редактирует одни гены и активирует другие

Исследователи из Университета Мэриленда (UMD) разработали систему, которую назвали CRISPR-Combo, умеющую редактировать несколько генов, одновременно изменяя экспрессию других в растениях.

Система CRISPR — это мощный инструмент, позволяющий ученым копировать и вставлять изменения в определенные гены живых организмов. Это открыло возможность для новых методов лечения ряда заболеваний, включая рак, диабет, генетические формы слепоты и заболевания крови. Также могут быть внесены изменения для улучшения сельскохозяйственных культур и животных, включая новые формы борьбы с вредителями и создание новых полезных типов микробов.

Более поздние разработки улучшили рецепт CRISPR. Некоторые позволяли редактировать несколько разных генов одновременно, другие версии вообще избегали разрезания ДНК, вместо этого сосредоточившись на включении или выключении экспрессии генов по мере необходимости.

В новом исследовании ученые объединили оба этих метода в один инструмент, который уместно назвали CRISPR-Combo. Обычно одна направляющая цепь РНК выполняет либо функции редактирования, либо функции активации, то есть они могут выполнять только одну или другую функцию. Для этого исследования команда назначила две функции разным РНК — редактирование общего Cas9 и активацию каркасной гРНК.

Команда проверила концепцию в нескольких экспериментах. Во-первых, они использовали растения томата и риса, чтобы продемонстрировать, что могут выполнять обе функции без какого-либо пересечения, и испытания прошли успешно.

«В качестве доказательства концепции мы показали, что можем выключить ген А и успешно усилить или активировать ген В без случайного кроссинговера и выключения гена В или активирования гена А», — сказал Ипин Ци, соавтор исследования.

Затем они экспериментировали с обычным лабораторным растением кресс-салата, чтобы выяснить, как можно одновременно внести два полезных изменения. Они отредактировали ген, который делает растения более устойчивыми к гербицидам, и активировали ген, который заставляет растения цвести раньше. Конечным результатом стал искусственный кресс-салат, устойчивый к гербицидам и размножающийся в 2 раза быстрее, дающий 8 поколений за один год.

В других тестах команда намеревалась повысить эффективность разведения новых сортов растений за счет культивирования тканей. Они отредактировали полезные гены у тополей и активировали три других, которые способствуют регенерации тканей растений, и обнаружили, что образцы тополя отращивают новые корни намного быстрее, повышая вероятность успеха искусственных культур.

Между тем, было обнаружено, что рис, отредактированный с помощью CRISPR-Combo, вырастает, не нуждаясь в обычных добавках гормона роста, и экспрессирует больше отредактированного гена, чем растения, выращенные с гормонами.

По словам команды, новая техника открывает широкий спектр возможностей для более эффективного редактирования сельскохозяйственных культур и других растений, придавая им такие черты, как устойчивость к гербицидам и улучшенное питание.

«Возможности действительно безграничны с точки зрения характеристик, которые можно комбинировать», — сказал Ипин Ци, доцент кафедры растениеводства и ландшафтной архитектуры и соавтор исследования. «Но действительно интересно,  что CRISPR-Combo представляет уровень сложности генной инженерии растений, которого у нас не было раньше».