Odkryto system CRISPR/Cas sprzed 2,6 mld lat. To może być nowa era edycji genów

Międzynarodowa grupa badawcza po raz pierwszy w historii zrekonstruowała liczących 2,6 mld lat przodków systemu CRISPR/Cas i zbadała ich ewolucję w czasie. To osiągnięcie może pomóc w tworzeniu lepszych narzędzi edycji genów.
Odkryto system CRISPR/Cas sprzed 2,6 mld lat /Fot. Sangharsh Lohakare, Unsplash

Odkryto system CRISPR/Cas sprzed 2,6 mld lat /Fot. Sangharsh Lohakare, Unsplash

Akronim CRISPR dotyczy powtarzających się sekwencji obecnych w DNA bakterii i archeonów (organizmów prokariotycznych). Mikroorganizmy te przechowują fragmenty materiału genetycznego wirusów, które zainfekowały ich przodków – dzięki temu mogą rozpoznać ponowną infekcję i bronić się, tnąc DNA intruzów za pomocą białek zwanych kaspazami (Cas). Jest to system obrony przeciwwirusowej nazywany CRISPR/Cas (najczęściej dotyczy on kaspazy 9, Cas9), który działa jak “molekularne nożyczki”. To narzędzie edycji genów umożliwia wycinanie i wklejanie fragmentów materiału genetycznego do dowolnej komórki.

Poszukiwania nowych odmian CRISPR/Cas

Obecnie trwają poszukiwania nowych wersji CRISPR-Cas o odmiennych właściwościach. W tym celu bada się systemy różnych gatunków żyjących w ekstremalnych środowiskach lub stosuje techniki projektowania molekularnego w celu ich modyfikacji. Wiele możliwości daje także przeszukiwanie systemów biologicznych z przeszłości.

Czytaj też: Nadchodzi koniec cukrzycy? Ta terapia genowa może zmienić życie milionów

Grupa ds. nanobiotechnologii z CIC nanoGUNE, kierowana przez prof. Ráula Péreza-Jiméneza, spędziła lata na badaniu ewolucji białek od powstania życia aż po dzień obecny. Uczeni przeprowadzają rekonstrukcje przodków białek i genów wymarłych organizmów, aby sprawdzić, czy mają one zastosowanie biologiczne. Pomocne są techniki bioinformatyczne. W artykule, który pojawił się w czasopiśmie Nature Microbiology, po raz pierwszy zrekonstruowano system CRISPR/Cas sprzed 2,6 mld lat.

Wizualizacja endonukleazy Cas9 /Fot. CIC nanoGUNE

Dr Lluís Montoliu z Narodowego Centrum Biotechnologii CSIC (CNB-CSIC) i CIBERER mówi:

Zaskakujące jest to, że możemy rewitalizować białka Cas, które musiały istnieć miliardy lat temu i stwierdzić, że już wtedy miały zdolność do działania jako narzędzia edycji genów; teraz potwierdziliśmy to, z powodzeniem edytując geny w ludzkich komórkach.

Badania wykazały, że system CRISPR/Cas stopniowo stawał się bardziej złożony w czasie, co jest oznaką jego adaptacyjnej natury. Od strony użytecznej, “praca reprezentuje oryginalne podejście do rozwoju narzędzi CRISPR/Cas w celu generowania nowych narzędzi i ulepszania tych pochodzących z istniejących w obecnych organizmach”.

Czytaj też: Terapia genowa “obudziła” ważne funkcje w mózgu. Czy osoby ze ślepotą barw czeka już kolorowa przyszłość?

Prof. Rául Pérez-Jiménez tłumaczy:

Obecne systemy są bardzo złożone i przystosowane do funkcjonowania w obrębie bakterii. Kiedy system jest używany poza tym środowiskiem, np. w ludzkich komórkach, jest odrzucany przez układ odpornościowy, a ponadto istnieją pewne ograniczenia molekularne, które ograniczają jego zastosowanie. W systemach przodków niektóre z tych ograniczeń znikają, co daje im większą uniwersalność dla nowych zastosowań.

Naukowcy są pełni podziwu dla “pomysłowości” starożytnych nukleaz. Nowe badania mogą przyczynić się do rozwoju narzędzi do edycji genów o właściwościach odmiennych od obecnie stosowanych, które są znacznie bardziej elastyczne; a to otwiera nowe drogi w manipulacji DNA i leczeniu chorób, takich jak ALS, nowotwory czy cukrzyca.