Невероятно: Учени са създали инструмент за програмиране на ДНК

Учени от Института Arc са разработили механизъм, наречен мостова рекомбиназа, който открива нови възможности за програмируемо пренареждане на ДНК. Този революционен метод позволява целенасочено модифициране на генетичния материал.

В своя неотдавнашна публикация в списание Nature учените представят революционно откритие – първата по рода си ДНК рекомбиназа, която функционира чрез некодираща РНК. Това, което прави този ензим уникален е способността му да използва РНК за прецизен подбор на целеви и донорни ДНК молекули въз основа на тяхната последователност.

Ключова характеристика на тази иновативна система е нейната безпрецедентна програмируемост. Изследователите са разработили механизъм, който позволява РНК мостът да бъде прецизно настроен, за да разпознава всяка дадена целева геномна последователност.

Освен това системата има уникалната способност да определя всяка желана донорна ДНК молекула за вмъкване в избраното място с висока точност.

Механизмът на рекомбинационните мостове се основава на IS110 инсерционни елементи – специален вид транспозони, известни като „скачащи гени“. Тези генетични елементи, които се срещат във всички форми на живот са се превърнали във високоефективни инструменти за манипулиране на ДНК. Когато елементът IS110 се изрязва от генома, некодиращите краища на ДНК се съединяват, за да образуват мостова РНК с уникална двойна контурна структура. Едната примка се свързва с елемента IS110, а другата – с целевата ДНК, което превръща тази молекула в първата известна водеща РНК, способна да взаимодейства едновременно с целевата и донорната ДНК.

Това, което прави подхода революционен е независимата програмируемост на всяка примка на свързващата РНК.

Това позволява на изследователите да комбинират всякакви последователности от целева и донорна ДНК. Това от своя страна открива възможността за вмъкване на всякакви желани генетични фрагменти, включително функционални копия на гени, свързани с различни заболявания във всякакви геномни локуси. Експериментите показват впечатляващи резултати, с повече от 60% ефективност при вмъкване на целевия ген в бактерии E. coli с точност над 94%.

Този механизъм на мостова рекомбинация може да послужи за основа на трето поколение системи за редактиране на генома, управлявани от РНК, което значително разширява възможностите на генното инженерство.

За разлика от съществуващите технологии, които оставят отрязани ДНК фрагменти, новият механизъм свързва двете вериги на ДНК без да ги „реже“, като по този начин се справя с основните ограничения на настоящите методи за редактиране на генома. Това обещава по-безопасно и по-точно генетично редактиране.

По-нататъшните изследвания и разработки на тази технология могат да доведат до значителни пробиви в проектирането на генома и създаването на биологични програмируеми системи, което може да доведе до революция в подходите за лечение на генетични заболявания и разработването на нови биотехнологични приложения.