Světlem aktivovaný CRISPR upravuje DNA s vysokou přesností v řádu sekund

Vědci z americké Johns Hopkins Medicine, kteří provedli řadu experimentů na lidských rakovinných buňkách tvrdí, že úspěšně použili světlo jako spouštěč editace genetického materiálu pomocí známého molekulárního skalpelu CRISPR. Výzkumníci nejprve uměle poškodili vybraný gen a následně jej pomocí CRISPRu opravili. Pozorovali, jak technologie velice přesně místo poškození vrací do původní podoby.

Výsledky pokusů, publikované 11. června v prestižním časopisu Science, poukazují na řadu novinek, které objasnily doposud nezodpovězené otázky genetických oprav. Tyto procesy jsou pro život buňky zcela klíčové - bez pravidelných kontrol a reparací by docházelo k rychlému hromadění mutací a smrti.

Zcela zásadní je urychlení celého procesu editace. Člen týmu z Johns Hopkins Medicine, postdoc Yang Liu, si rychlost řezání vyloženě pochvaluje. Nový způsob využití CRISPRu k úpravě genů totiž umožňuje cílené řezání již několik vteřin po jeho aktivaci. "U předchozích metod trvala editace i v řádu hodin," zmiňuje Liu.

Vypůjčeno od bakterií

Ač by to tak mohlo na první pohled vypadat, CRISPR není ničím, co by člověk stvořil vlastníma rukama. Jedná se o důmyslný analog imunitního systému, pomocí kterého likvidují bakterie viry, snažící se proniknout do hostitelského chromozomu a namnožit. Bakterie si je tohoto nebezpečí dobře vědoma a proto používá malé sekvence genetické informace zvané RNA jako naváděcí molekuly, která velice přesně párují se sekvencí útočícího viru. Molekula CRISPR zároveň obsahuje enzym zvaný Cas9, který funguje doslova jako skalpel a cizí sekvenci v okamžiku přesného spárování zlikviduje.

Protože si však bakteriální buňka uvědomuje, že virus může zaútočit opakovaně, okopíruje jeho genetickou informaci a tu si zjednodušeně řečeno uloží do své databáze. Toho je docíleno pomocí jiného proteinu, známého jako Cas1. Tímto způsobem je zajištěna získaná imunita bakterie a pokud by se virus pokusil na buňku znovu zaútočit, je na něj dobře připravena. V roce 2012 však přišla vědkyně Jennifer Doudna, která společně se svými kolegy navrhla, že bychom si tyto bakteriální nůžky mohli od bakterií vypůjčit a doslova si s nimi stříhat co je libo. A tak začala na prahu genové editace skutečná revoluce. Pokud by vás zajímalo o funkci CRISPR více podrobností, doporučuji shlédnout níže přiložené video komentované Paulem Andersenem.

Vědci z Johns Hopkins Medicine upravili komplex CRISPR-Cas9 tak, že použili molekulu RNA citlivou na světlo. Systém je následně schopen střihu pouze v okamžiku, kdy je molekula vystavena určité vlnové délce záření. Doposud byl CRISPR nastaven tak, že při hledání cílového genu sekvenci předčasně štěpil. To jej zdržovalo a editace se významně časově protáhla. Nový model však zabraňuje CRISPRu ve střihu do té doby, než je vystaven světlu. "Díky světelné aktivaci máme mnohem větší kontrolu nad tím, kdy a kde je DNA modifikována," říká člen týmu, Roger Zou.

V současné době si vědci z Johns Hopkins Medicine nechali svou metodu využití CRISPRu patentovat a my doufáme, že o ní brzy znovu uslyšíme.

Originální publikace: https://science.sciencemag.org/content/368/6496/1265

Zdroj: ScienceDaily, zdroj titulní fotografie: WallpaperCave