Wyłączenie konkretnych genów dzięki bakteriom

Naukowcy z Uniwersytetu w Północnej Karolinie opracowali technikę, która kooptuje system odpornościowy bakterii i archeonów, by wyłączyć konkretne geny lub zestaw genów. „Powinno to przyspieszyć nie tylko odkrycia naukowe, ale pomoże nam również lepiej projektować drobnoustroje do dalszych badań w biotechnologii i medycynie. Może to pomóc rozwijać np. szczepy bakterii, które są bardziej wydajne w przetwarzaniu biomasy roślinnej do paliw płynnych.” Powiedział dr Chase Beisel, profesor inżynierii chemicznej i biomolekularnej Uniwersytetu w Północnej Karolinie oraz główny autor pracy na ten temat [1].

Wyłączenie konkretnych genów dzięki bakteriom

Rys.1 Schemat regulacji aktywności specyficznych genów, prawa autorskie: Chase Beisel

Technika polega na zmyleniu systemu CRISPR-Cas mikroba. W warunkach normalnych system chroni bakterie przed „najeźdźcami” , takimi jak wirusy poprzez tworzenie małych nici RNA o nazwie CRISPR RNA, które odpowiadają sekwencjom DNA specyficznym dla danego okupanta. Najpowszechniej występującym typem systemu CRISPR-Cas, jest tzw. system typu I, czyli CRISPR RNA i zestaw białek ściśle dopasowany do sekwencji DNA. Po związaniu białka przesyłany jest sygnał do innego białka zwanego cas3, co powoduje cięcie DNA.

Zadaniem naukowców było zmodyfikowanie systemu I na dwa sposoby. Po pierwsze musieli zmodyfikować genom mikroorganizmu aby zapobiec produkcji białka cas3, a następnie wprowadzić syntetyczny DNA, produkujący nasze niestandardowe CRISPR RNA. Te zindywidualizowane cząstki RNA zawierają komplementarne sekwencje, które dopasowują się do specyficznych sekwencji DNA w genomie drobnoustrojów.

Gdy gen jest włączony, wówczas dochodzi do transkrypcji RNA, a komórka wykorzystuje powstały transkrypt do syntezy białek. Proces ten jest podstawą wszystkich funkcji biologicznych. Kiedy jednak komplementarne CRISPR RNA zablokuje specyficzny gen, wówczas są one wyłączane i nie dochodzi do transkrypcji RNA. Zespół Beisel’a był w stanie wprowadzać zarówno poszczególne CRISPR RNA, jak i całe grupy CRISPR RNA, które połączono w łańcuch, co pozwoliło im na transkrypcję wielu genów w tym samym czasie.

„Ta technika pozwoli naukowcom lepiej zrozumieć rolę poszczególnych genów lub zestawów genów przez proste ich wyłączanie” mówi Beisel. „To podejście może być wykorzystywane w połączeniu z badaniami przesiewowymi w celu identyfikacji genów odpowiedzialnych za schorzenia takie jak np. odporność wielolekowa lub korzyści, jak te związane z probiotykami”.

Ponadto, ponieważ wyłączane geny nie są niszczone (ponieważ nie ma białka cas3 by je pociąć) technika może pozwolić ponownie włączać wcześniej wyłączone geny. Odbywa się to poprzez zahamowanie wytwarzania CRISPR RNA, co umożliwia ponowne rozpoczęcie transkrypcji genów przez mikroba, a pozostałe CRISPR RNA ulega degradacji.

  1. M. L. Luo, A. S. Mullis, R. T. Leenay, C. L. Beisel. Repurposing endogenous type I CRISPR-Cas systems for programmable gene repression. Nucleic Acids Research, 2014; DOI: 10.1093/nar/gku971
  2. http://www.sciencedaily.com/releases/2014/10/141028104810.htm

Opracowała: Anna Marczewska

Korekta: Maciej Bielak-Wolanin

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*