Современные технологии редактирования генома CRISPR основаны на нуклеазах, которые работают как молекулярные ножницы. Они находят нужный участок ДНК с помощью направляющей РНК и разрезают его. После этого ученые могут удалить, заменить или добавить фрагмент генетического материала. Большинство таких белков, включая Cas9 и Cas12, были заимствованы у бактерий, где они служат частью естественной защиты от вирусов.

Однако изменить природные белки и сохранить их работоспособность непросто. «Как только начинаешь что-то менять, быстро понимаешь, что белок перестает работать с внесенными изменениями», — заявила автор исследования Дженнифер Даудна.

В поисках решения ученые выбрали небольшие нуклеазы TnpB — эволюционных предшественников Cas12. Они стремились изменить последовательность белка, но сохранить его способность редактирования генома. О выводах пишет Nature.

В результате ученые получили несколько синтетических вариантов TnpB, которые существенно отличались от природных аналогов. В некоторых случаях около 30% аминокислотной последовательности было изменено.

Несмотря на масштабную переработку, новые нуклеазы сохранили функциональность. В стандартных экспериментах они успешно редактировали геном бактериальных, растительных и человеческих клеток. Более того, некоторые синтетические белки эффективнее природных аналогов вставляли или удаляли заданные участки ДНК.

По мнению исследователей, сочетание ИИ и молекулярной биологии позволит значительно ускорить разработку новых инструментов редактирования генома. В перспективе такие синтетические нуклеазы могут расширить возможности генной терапии, создания сельскохозяйственных культур и фундаментальных исследований.

Недавно с помощью CRISPR ученые превратили иммунную систему в фабрику лекарств.