Учени са открили начин за вграждане на цели гени в ДНК

Учени са създали инструмент за редактиране на генома, който за първи път позволява да се вмъкват цели гени в човешка ДНК – бързо, прецизно и без разрези. Новата система, наречена evoCAST, може да се превърне в основа за универсални генни терапии, които не зависят от конкретна мутация, както и да ускори разработването на клетъчни лекарства срещу рак и генетични модели за научни изследвания.

Разработката се основава на използването на ензими транспоза – протеини, които могат да преместват участъци от ДНК в рамките на генома. Изследователският екип, ръководен от химика Дейвид Лиу от Института „Броуд“ и биохимика Самюел Стърнбърг от Колумбийския университет, използва насочена еволюция, за да подобри ефективността на комплекса CAST – бактериална система, базирана на CRISPR и транспозони.

Вместо класическия метод с вирусни вектори, които често вкарват ДНК фрагменти на случайни места, причинявайки мутации, новата технология работи целенасочено, без да прекъсва веригата.

За тази цел учените вмъкват гените за компонентите на CAST в бактериофаг – вирус, който заразява бактерии и оставят естествения подбор да избере най-ефективните варианти. След стотици поколения и промени на ниво протеини е създадена подобрената система evoCAST с 21 модификации в 5 протеина.

Ефективността на вмъкване се увеличи повече от 400 пъти в сравнение с оригиналната система и достигна 30% в различни типове човешки клетки. Инструментът успешно вмъква участъци от ДНК с дължина над 10 000 нуклеотида – достатъчно за цели гени с регулаторни елементи и го прави стриктно в безопасни области на генома, без да засяга жизненоважни клетъчни функции.

За разлика от стандартните CRISPR подходи, evoCAST не изисква рязане на ДНК, което свежда до минимум рисковете от грешки и странични ефекти. Това прави системата особено обещаваща за клинични приложения, където безопасността е най-важна.

През последните месеци бяха представени и алтернативни решения. Изследователи от Харвард и стартиращата компания Metagenomi предложиха свои собствени варианти на транспозонни системи. Въпреки че тяхната ефективност е по-ниска, по-компактният им размер ги прави привлекателни за доставка в клетките.

Въпреки това всички тези подходи са изправени пред предизвикателства. Дори при evoCAST има единични случаи на нецелево вмъкване, а големият размер на протеиновия комплекс затруднява транспортирането му. Въпреки това учените са уверени: потенциалът на транспозонните системи тепърва започва да се реализира.

„Това е наистина впечатляваща стъпка напред, но системата е сложна.“

казва биофизикът Иля Финкелщайн

Въпреки това разработчиците вярват, че може да се постигне повече

„Това е силата на инженерството. Винаги можем да направим нещо по-добро.“

обобщава Стърнбърг