20 апреля 2019, суббота, 20:06
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Заменяем нуклеотиды

На этой неделе публикации в журналах Science и Nature представили два новых метода редактирования генома. Один из них относится к редактированию молекул ДНК, другой же впервые применен к молекулам РНК. Оба метода открывают новые возможности как для генетических исследований, так и для лечения болезней.

Наиболее мощный из существующих методов редактирования генома – CRISPR/Cas9, о котором мы неоднократно рассказывали ранее, создан на основе примитивной “иммунной системы” бактерий. Напомним кратко, что CRISPR означает «Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats» – короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами. Такое название изначально получили короткие последовательности бактериальной ДНК, соответствующие фрагментом из ДНК поражающих бактерию вирусов. С этих последовательностей бактерия синтезирует цепочки РНК. РНК взаимодействует по принципу комплементарности с ДНК новых вирусов, проникающих в бактериальную клетку, а пока они взаимодействуют, специальный белок Cas9 разрезает вирусную ДНК в месте взаимодействия, уничтожая вирус.

Биологи научились использовать этот метод для изменения ДНК не вирусов, а любых клеток. Они стали синтезировать молекулы РНК похожие на РНК из системы CRISPR/Cas9, комплементарные тому месту в геноме, где надо сделать разрез. Полученная РАН вводится в клетки вместе с белком Cas9. РНК указывает на то место, где надо резать, а белок – режет. Внесение разрыва в двухцепочечную геномную ДНК сильно повышает вероятность гомологической рекомбинации – процесса, при котором гомологичные хромосомы могут обмениваться гомологичными фрагментами. Если ввести в клетку донорную ДНК, несущую нужный исследователю ген, а затем с помощью системы CRISPR/Cas9 ввести разрыв в нужное место, то с определенной довольной высокой вероятностью образуется хромосома с желаемым геном.

Новые методы не связаны с разрезанием молекулярной цепочки и вставкой в нее нового фрагмента. В них используются ферменты, которые позволяют перегруппировать атомы в азотистых основаниях, входящих в состав ДНК или РНК, превратив их в другие основания. Напомним, что генетическая информация в ДНК или РНК записывается при помощи нуклеотидов, состоящих из сахара – дезоксирибозы (в РНК – рибозы) и одного из четырех азотистых оснований: аденина, гуанина, цитозина и тимина (в РНК вместо тимина используется урацил). Нуклеотиды соединяются друг с другом в пары при помощи водородной химической связи, причем аденин всегда соединяется с тимином (урацилом), а гуанин с цитозином – в этом состоит принцип комплиментарности. Последовательность этих пар в молекулярной цепочке и служит генетическим кодом. Когда двойная спираль разъединяется, например, при делении клетки, ее вторая часть достраивается по принципу комплиментарности.

Если ставший уже классическим метод CRISPR/Cas9 можно сравнить с хирургическим удалением части “органа” и последующей трансплантацией, то новые способы мы можем сопоставить, скорее, с пластической хирургией, когда весь эффект достигается за счет минимального вмешательства. Внеся столь небольшое изменение в цепочку ДНК, мы можем справиться с целым рядом генетических болезней, ведь нередко различие между нормальным геном и его неработающим вариантом составляет только один нуклеотид. Метод изменения нуклеотидов в ДНК создала команда под руководством Дэвида Лю (David Liu), а метод редактирования РНК – коллектив, который возглавляет Фэн Чжан (Feng Zhang). Оба метода не заменяют систему CRISPR/Cas9, а служат полезным дополнением к ней.

При редактировании нуклеотидов используются заимствованные из метода CRISPR/Cas9 направляющие РНК, которые указывают нужное место генома, но вместо белка Cas9 используется его модифицированный вариант, который может найти нужное место в цепочке, но не разрезает его. Затем в дело вступают ферменты, способные превратить цитозин в тимин, а аденин в гуанин. Обратных превращений добиться труднее, так как необходимых для них природных ферментов не существует. В результате это препятствие обошли поэтапно: сначала стали превращать аденин в иноцин, который потом превращался в гуанин. После этого замена тимина на цитозин происходила “сама собой”, то есть в действие вступали механизмы репарации ДНК, которые обнаруживали и исправляли нарушение принципа комплиментарности.

Уметь редактировать не только ДНК, но и РНК важно потому, что РНК помимо переноса генетической информации из клеточного ядра в рибосомы играет также важную роль в регуляции работы генов. К тому же, воздействие на РНК кажется части исследователей более безопасным, поскольку, если при редактировании вдруг по каким-либо причинам окажется измененной фрагмент ДНК, который никто менять не собирался, это изменение останется в геноме, а если мы редактируем короткоживущую молекулу РНК, последствия такой ошибки будут лишь временными.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Металлургия Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты киты климатология комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Владимир Зеленский Древний Египет Западная Африка Латинская Америка Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.