В геноме бактериофагов нашли “вирусную” версию редактора CRISPR/Cas9

“Этот вирусный белок, CasΦ, справляется с возложенными задачами не хуже, чем его бактериальный аналог, Cas9. Однако при этом он примерно в два раза его меньше. Это очень важно, так как подобный фермент гораздо проще доставить в клетку, чем Cas9. Сейчас это один из главных барьеров для того, чтобы широко применять CRISPR/Cas9 на практике”, – рассказала Дженнифер Дудна, профессор Калифорнийского университета в Беркли (США) и один из авторов исследования.

От болезней и инфекций страдают не только люди и другие многоклеточные живые существа, но и одноклеточные микробы. Вирусы, как предполагают ученые, появились почти одновременно с бактериями, и между ними уже несколько сотен миллионов лет идет беспрерывная война на выживание.

За миллионы лет эволюции вирусы постепенно научились обходить внимание защитных систем микробов. В ответ на это бактерии разработали своеобразный генетический “антивирус” – систему CRISPR/Cas9. Она находит следы вирусной ДНК в геноме микроба, вырезает ее или заставляет бактерию самоуничтожиться. Бактериофаги, в свою очередь, научились подавлять работу CRISPR/Cas9, и биологическая “гонка вооружений” пошла на новый виток.

Изучение перипетий этой “войны” позволило Дудне и ее коллегам, а также двум другим группам ученым, приспособить CRISPR/Cas9 для решения совсем других задач – редактирования генома человека и других многоклеточных живых существ. За последние пять лет ученые открыли несколько других разновидностей этого бактериального “антивируса”, которые превосходят CRISPR/Cas9 в точности редактирования или позволяют менять структуру молекул РНК, а не ДНК.

Вирусный “антивирус”

Изучая геномы крупных вирусов-бактериофагов из семейства Biggiephage, Дудна и ее коллеги нашли еще более интересную версию этой системы. Этих бактериофагов коллеги Дудны недавно нашли во временных пересыхающих озерах, в коровниках и в лесной подстилке, пропитанной водой.

За последние несколько лет биологи уже находили в геномах вирусов аналоги гена Cas9, однако в их ДНК или РНК не было второй части этого геномного редактора, “библиотеки” CRISPR. В отличие от них, в геном сразу нескольких вирусов из семейства Biggiephage встроена полноценная, но при этом очень компактная версия CRISPR/Cas, белок которой – CasΦ – по структуре и функциям похож на бактериальный фермент Cas12a. Он работает избирательнее и точнее, чем Cas9. Φ в данном случае – это не кириллическая буква «эф», а греческая «фи» – общепринятое сокращение для бактериофагов.

После анализа содержимого этой очень компактной библиотеки CRISPR биологи предположили, что эта система предназначена не для борьбы с бактерией, а для уничтожения “конкурентов” – других вирусов, которые уже успели проникнуть в клетку и пытаются размножаться внутри нее. Вирусный “антивирус” распознает фрагменты их генома и заставляет микроба уничтожать их, расчищая себе жизненное пространство.

Дудна и ее коллеги проверили эту гипотезу на практике, введя небольшие количества трех разновидностей CasΦ внутрь обычной кишечной палочки. Опыты показали, что этот белок действительно уничтожал фрагменты генома, похожие на вирусную РНК или ДНК, если в них были последовательности, которые присутствуют в наборе шаблонов из библиотеки CRISPR.

При этом CasΦ оказался более универсальным, чем многие его бактериальные “конкуренты”. Этот фермент умеет работать не только с одноцепочечной ДНК, но и с двойной спиралью, что упрощает процедуру редактирования генома. Вкупе с небольшими размерами CasΦ, которые позволяют уместить его внутрь ретровирусов, это делает белок особенно интересным с практической точки зрения, заключают ученые.

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.