Edycja genomu stała się szeroko przyjętą technologią modyfikacji DNA w komórkach, umożliwiającą naukowcom badanie chorób w laboratorium i opracowywanie terapii, które naprawiają mutacje powodujące choroby. Jednak przy obecnych podejściach możliwe jest edytowanie komórek tylko w jednym miejscu na raz.

Teraz zespół naukowców z Gladstone Institutes opracował nową metodę, która umożliwia im dokonywanie precyzyjnych edycji w wielu miejscach w komórce – wszystko naraz. Używając cząsteczek zwanych retronami, stworzyli narzędzie, które może skutecznie modyfikować DNA w bakteriach, drożdżach i komórkach ludzkich.

„Chcieliśmy przesunąć granice technologii genomicznych, konstruując narzędzia, które pomogą nam badać prawdziwą złożoność biologii i chorób” – mówi dr Seth Shipman, starszy autor nowego badania opublikowanego w Natura Chemia Biologia.

Pokonywanie ograniczeń

Shipman jest liderem w powstającej i szybko rozwijającej się dziedzinie retronów, które są molekularnymi składnikami bakteryjnego układu odpornościowego, mogącymi produkować duże ilości DNA. W 2022 r., łącząc retrony z edycją genomu CRISPR-Cas9, jego laboratorium było pionierem systemu szybkiej i wydajnej edycji komórek ludzkich.

W ramach nowego badania naukowcy chcieli wykorzystać swój system do przezwyciężenia ograniczeń obecnie stosowanych metod edycji genomu.

„Jeśli chciałeś edytować komórkę w wielu miejscach genomu, które nie znajdują się blisko siebie, standardowym podejściem do tej pory było wprowadzanie modyfikacji jedna po drugiej” – wyjaśnia Alejandro González-Delgado, doktor, jeden z pierwszych autorów badania i stypendysta podoktorancki w laboratorium Shipmana. „To był żmudny cykl: najpierw dokonywałeś edycji, potem używałeś edytowanych komórek, aby wprowadzić kolejną edycję i tak dalej”.

Zamiast tego zespół znalazł sposób na zakodowanie retronu, aby mógł generować różne części DNA. Po dostarczeniu do komórki te zaprojektowane retrony — zwane multitronami — mogą dokonywać wielu edycji jednocześnie.

Kolejną zaletą multitronów jest ich zdolność do usuwania dużych fragmentów genomu.

„Dzięki multitronom możemy dokonywać sekwencyjnych usunięć, aby wycinać i zapadać środkowe części docelowego regionu genomu, zbliżając do siebie odległe końce, aż cały region zostanie całkowicie usunięty” – mówi González-Delgado.

Wiele potencjalnych zastosowań

W ramach swoich badań Shipman i jego zespół zaprezentowali natychmiastowe zastosowania swojej nowej metody w rejestrowaniu danych molekularnych i inżynierii metabolicznej.

Jak wcześniej wykazano, retrony mogą być używane do rejestrowania zdarzeń molekularnych w komórce, zapewniając szczegółowy rejestr aktywności komórki i zmian w jej otoczeniu. Dzięki multitronom naukowcy rozszerzyli to podejście i mogą teraz rejestrować z większą czułością.

„Multitrony pozwalają nam rejestrować bardzo słabe i bardzo silne sygnały w tym samym czasie, rozszerzając zakres dynamiki naszych nagrań” — mówi González-Delgado. „Ostatecznie moglibyśmy sobie wyobrazić wdrożenie tego typu narzędzia w mikrobiomie jelitowym, aby rejestrować sygnał taki jak stan zapalny”.

Jeśli chodzi o inżynierię metaboliczną, naukowcy wykazali, że multitrony można wykorzystać do jednoczesnej edycji wielu genów w szlaku metabolicznym, aby szybko zwiększyć produkcję docelowej substancji w komórce. Przetestowali swoje podejście na silnym przeciwutleniaczu zwanym likopenem i z powodzeniem zwiększyli produkcję tego związku trzykrotnie.

„Aby rozpocząć modelowanie złożonych chorób genetycznych i ostatecznie znaleźć metody leczenia lub kuracje, musimy wprowadzić wiele różnych mutacji do komórek naraz” — mówi Shipman, który jest również profesorem nadzwyczajnym w Department of Bioengineering and Therapeutic Sciences na UC San Francisco, a także badaczem Chan Zuckerberg Biohub. „Nasze nowe podejście jest krokiem w tym kierunku”.



Source link