Редактирование генома выполнили в космосе

За пределами Земли ионизирующая радиация повреждает ДНК космонавтов. Один из видов повреждений — двухцепочечные разрывы; их репарация происходит за счет гомологичной рекомбинации или негомологичного соединения концов. Второй процесс часто сопровождается делециями или инсерциями в месте разрыва. Предыдущие работы позволяют предположить, что условия микрогравитации влияют на выбор механизма репарации. Астронавты из США применили систему CRISPR/Cas9 для внесения двухцепочечного разрыва в геном пекарских дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) на борту Международной космической станции (МКС) и определили превалирующий механизм репарации.

Клетки дрожжей трансформировали плазмидой, которая содержала ген Cas9, гидРНК, таргетирующую ген ADE2, и последовательность, которую клетки могли использовать для гомологичной рекомбинации после двухцепочечного разрыва. Если происходила гомологичная рекомбинация, то в ген ADE2 вносились два стоп-кодона. Колонии дрожжей, которые не экспрессируют ген ADE2 дикого типа, приобретают красный цвет. То есть колонии, в которых прошел любой из двух типов репарации, визуально отличались от колоний, состоящих из клеток дикого типа.

Далее отобрали четыре красные и четыре белые колонии и секвенировали последовательность 5’-конца гена ADE2, в который был внесен разрыв. Ученые применили нанопоровое секвенирование на борту МКС. Все стандартные протоколы адаптировали для условий микрогравитации. Большая подготовительная работа была проделана на Земле.

Установили, что дрожжи из белых колоний содержали ген ADE2 дикого типа, а клетки из красных колоний — результат гомологичной рекомбинации генома дрожжей и последовательности плазмиды. Результаты проверили с помощью секвенирования по Сэнгеру после возвращения на Землю.

Таким образом, впервые провели трансформацию живых клеток и редактирование генома эукариот с помощью CRISPR/Cas9-системы в космосе. Потребовалась значительная адаптация протоколов, принятых на Земле. Так, пришлось сильно уменьшить рабочие объемы жидкостей. Первый эксперимент показал, что репарация у дрожжей происходила за счет гомологичной рекомбинации. Ученые уже планируют дальнейшие эксперименты.