Группа биоинженеров из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре нашла способ с точностью вносить поправки в клетки с помощью белков. По эффективности технология превосходит аналоги в 100-1000 раз и дает исследователям полный пространственно-временной контроль над процессом.
«Мы можем воздействовать на отдельные клетки или даже на части клеток. Но главное — это возможность контролировать, где именно и в какой момент будет запущен белок, предназначенный для разрезания ДНК», — цитирует автора работы профессора Норберта Райха Science Daily.
В процессе редактирования ученые использовали полые наночастицы золота, покрытые цепочками ДНК, выполняющими репортерную функцию — роль сигнала должно было выполнять красное флуоресцентное свечение. Также частицы покрыли смесью из Cre-рекомбиназы и проникающих в клетку пептидов.
Нанооболочка проникает в эндосому — мембранный «карман», который изолирует наночастицу и транспортирует ее в клетку. Затем компоненты подвергают безвредному воздействию излучения в ближнем ИК-диапазоне. Под воздействием света происходят два процесса. Нанооболочка активируется и сбрасывает свой белковый «покров». В то же время формируются нанопузырьки, которые создают отверстия в эндосоме — они выпускают белок наружу.
После этого белки за счет проникающих пептидов свободно попадают в ядро клетки. В процесс включается Cre-рекомбиназа, которая редактирует геном. Эксперименты в пробирке доказали эффективность методики — после завершения инкубационного периода клетки начали производить красное свечение, а именно эту функцию несли наночастицы.
Результаты исследования опубликовали в журнале о нанотехнологиях Small.
По словам ученых, пространственно-временной контроль над процессом превращает каждую клетку в площадку для экспериментов.
«Представьте, что вы хотите исследовать функцию конкретного гена и его влияние на конкретную клетку. Используя плазмонные наночастицы в качестве антенны, мы можем включать и выключать интересующий нас ген и в реальном времени наблюдать за изменениями», — пояснил руководитель исследования Дин Моралез.
Биоинженеры признают, что современные методы редактирования генома оказывают излишне обширное воздействие на клетки и приводят к непредсказуемым последствиям. Частая причина этого в том, что после попадания в клетку инструмент редактирования остается активным на долгое время. Однако новая методика позволяет регулировать этот процесс.
Многие ученые пытаются повысить точность наиболее перспективного метода редактирования генома — CRISPR. Так, американские генетики создали платформу MAJESTIC, которая позволяет менять компоненты клетки так же, как слова и буквы в текстовом редакторе. А другая команда из США представила новую версию технологии — CRISPR-SKIP. В отличие от методики CRISPR, нити ДНК в процессе редактирования не разрушаются. Вместо этого меняется лишь одна точка в целевой последовательности ДНК.
