Система праймированного редактирования генома работает аккуратнее, чем традиционный CRISPR

Направленная вставка крупных фрагментов ДНК в геном остается нерешенной задачей генного редактирования. Недавно было показано, что с помощью сериновых рекомбиназ семейства IS110 («мостиковые рекомбиназы») можно редактировать протяженные участки генома. Теперь в Science вышла статья, посвященная применению мостиковой рекомбиназы для редактирования генома в клетках человека. Руководитель исследования — Мартин Йинек, соавтор знаменитой нобелевской статьи Дженнифер Дудны и Эмманюэль Шарпантье про CRISPR-Cas9. 

Вдохновившись первоначальным открытием мостиковых рекомбиназ, авторы статьи создали на их основе систему редактирования генома млекопитающих. Они использовали рекомбиназу ISCro4 из Citrobacter rodentium, которая обладала высокой активностью в клетках человека. Ученые разделили гидовые «мостиковые» РНК на отдельные петли связывания с таргетной и донорной ДНК (конструкция получила название split-bridge). 

Полученная система обеспечивала безопасную вставку участков длиной в несколько килобаз, а также направленные делеции и инверсии в известных локусах, связанных с заболеваниями. Ученые добились контролируемого внесения хромосомных делеций протяженностью до 1,6 килобаз, инверсий — до 800 пар нуклеотидов; частота рекомбинации в этих случаях превышала 10%. Длина направленных вставок, протестированных авторами, составила до 3,5 килобаз, а эффективность — более 6%. (Для сравнения — прайм-редактирование обеспечивает вставки в несколько десятков пар нуклеотидов, его модифицированные варианты — в несколько сотен.) Исследователи уточняют: они не оценивали максимальные размеры участка, который можно отредактировать с помощью ISCro4, но предполагают, что система сможет обеспечить перестройки генома до нескольких мегабаз. Авторы работы также охарактеризовали специфичность редактирования и нецелевую активность. Они пришли к выводу, что ISCro4 — перспективная основа для создания нового поколения инструментов геномного редактирования.

Система CRISPR-Cas широко применяется в генной инженерии, а теперь еще и для терапии наследственных заболеваний. Однако наиболее хорошо охарактеризованные Cas-белки — SpCas9 из Streptococcus pyogenes и AsCas12a из Acidaminococcus sp. BV3L6 — слишком велики, чтобы поместиться в аденоассоциированный вирусный вектор со всеми вспомогательными элементами, а разделение их на части снижает эффективность. Все больше внимания уделяется компактным Cas-белкам, включая AsCas12f1 из Acidibacillus sulfuroxidans (422 аминокислоты). Исследователи из США модифицировали AsCas12f1, чтобы повысить ее эндонуклеазную активность, и получили enAsCas12f, эффективность которой в 2–11 раз выше, чем у белка дикого типа.

Авторы повысили аффинность AsCas12f1 к нуклеиновым кислотам, заменив некоторые ее аминокислоты на положительно заряженные. AsCas12f1 вносит инделы в менее 20% таргетируемых сайтов, а enAsCas12f — до 69,8%. При этом размеры AsCas12f1 не превышают треть SpCas9. Активность AsCas12f1 была продемонстрирована на нескольких типах клеток человека. Увеличение эффективности нуклеазы не повысило ее нецелевую активность. Криоэлектронная микроскопия помогла получить структуру комплекса AsCas12f–гидРНК–ДНК с разрешением 2,9 Å. Гидовую РНК тоже оптимизировали, новая версия на 33% короче изначальной, но при этом обладает сопоставимой активностью.

Загрязнение микропластиком — серьезная угроза для экосистем, которую к тому же сложно детектировать, поскольку существующие методы оценки загрязнения дороги и трудоемки. Для упрощения задачи ученые из Гонконга создали живой флуоресцентный сенсор и проверили его работу на образцах воды с городских набережных.

Биосенсор получили из генноинженерной бактерии Pseudomonas aeruginosa, в которой начинал экспрессироваться зеленый флуоресцентный белок (GFP) при прикреплении бактериальной клетки к микропластику. В лабораторных условиях бактерии действительно реагировали флуоресценцией на присутствие микропластика в жидкой среде. Заметный сигнал возникал в течение трех часов в ответ на микрочастицы различных пластиков, включая полиэтилентерефталат и полистирол, а интенсивность флуоресценции коррелировала с концентрацией частиц. Предел обнаружения составил 1 нг/мл — ниже, чем у устоявшихся аналитических методов детекции микропластика. Другие материалы, например, частицы песка или стекла, флуоресценции не вызывали. Кроме того, модифицированные бактерии сохраняли активность после трех суток хранения в холодильнике (+4℃), что указывает на возможность их транспортировки в полевые условия.

Наконец, живой сенсор протестировали на образцах из окружающей среды — генноинженерную P. aeruginosa добавляли в морскую воду, собранную на городских набережных и предварительно отфильтрованную от прочих загрязнителей. Судя по интенсивности флуоресценции, образцы содержали до 100 мкг частиц в мл. Авторы разработки заключают, что этот бактериальный биосенсор оказался быстрым, эффективным и недорогим методом детекции микропластика,

Частота взмахов крыльев летающих насекомых, птиц и летучих мышей, а также взмахов плавников пингвинов и китов пропорциональна квадратному корню массы их тела, поделенному на площадь крыла или плавника. Это открытие позволило авторам исследования предположить, что птерозавр Quetzalcoatlus northropi взмахивал крыльями площадью 10 м² с частотой 0,7 Гц (чуть реже, чем раз в секунду). Подробнее. 

Используя данные из базы iNaturalist, ученые проследили, насколько 512 видов наземных животных чувствительны к урбанизации в Южной Калифорнии (США). В среднем местные виды предпочитали жить в регионах с меньшим уровнем урбанизации. Исключение — слизни и улитки. Самыми чувствительными к урбанизации были чешуекрылые. За ними шли млекопитающие, рептилии и амфибии. А вот божьи коровки, пауки и птицы хоть и предпочитали менее урбанизированные регионы, но не так сильно. Подробнее.

Ученые проанализировали геномы 475 древних и 77 современных лошадей, чтобы уточнить, как происходило их одомашнивание. Они показали, что около 4200 лет назад практика разведения лошадей значительно изменилась, что привело к замене почти всех линий лошадей на современные. Через «бутылочное горлышко», связанное с одомашниванием, лошади прошли раньше, около 4700 лет назад, когда снизился возраст репродукции лошадей. Это увеличило скорость их разведения. А в массовой миграции людей из степей около 5000 лет назад, приведшей к распространению индоевропейских языков, лошади не играли большой роли. Подробнее. 

Исследователи использовали систему CRISPR-Cas9, чтобы произвести инверсию в регуляторном участке ДНК риса. В результате увеличилась экспрессия генов, находящихся под контролем этого регулятора, в том числе гена системы фотосинтеза. Это подход может повысить производительность растений без внесения трансгена. Подробнее.

Ранее было показано, что потомки самок животных с ожирением имеют повышенный риск ожирения и диабета 2 типа. Скорее всего, это результат сложных взаимоотношений между генами и средой, но недавние исследования показали, что ожирение матери нарушает у потомка работу гипоталамуса — участка мозга, отвечающего за энергетический гомеостаз. У потомков мышей с ожирением в гипоталамусе был повышен уровень микроРНК miR-505-5p. В результате мыши ели больше и предпочитали еду с высоким содержанием жира. Контролировать уровень miR-505-5p можно упражнениями во время беременности. Подробнее. 

Первый реципиент генетически модифицированной почки свиньи умер почти через два месяца после операции, сообщили в субботу его семья и Массачусетская больница общего профиля. Операцию сделали 16 марта 2024 года. Свиную почку для трансплантации предоставила компания eGenesis.

Ричарду Слейману из Уэймута, штат Массачусетс, было 62 года, и он стал первым живым человеком, которому выполнили такую операцию. (Ранее ее сделали двум людям с умершим мозгом.) Хирурги выражали надежду, что свиная почка прослужит как минимум два года, отмечает Associated Press. В апреле сообщалось о признаках клеточного отторжения в пересаженном органе, которые перед выпиской удалось купировать.

Трансплантологи Массачусетской больницы общего профиля заявили, что глубоко опечалены кончиной Слеймана. Они отметили, что нет никаких указаний на связь смерти с трансплантацией.

В 2022 году скончался первый человек, которому трансплантировали сердце ГМ свиньи. Второй такой пациент умер в 2023 году через шесть недель после операции.