Ученые впервые внесли целевые изменения в митохондриальную ДНК — Naked Science
6 минут
Денис Гордеев

Ученые впервые внесли целевые изменения в митохондриальную ДНК

6.4

Токсин, синтезируемый бактериями, смог решить задачу, которая была слишком сложной для технологии CRISPR-Cas9.

Окрашенный снимок митохондрии
Окрашенный снимок митохондрии под электронным микроскопом / Science Photo Library

Большинство клеток нашего организма имеют сразу две «генетические библиотеки». Одна из них находится в ядре, вторая — в митохондриях, «энергетических станциях» клетки. До сих пор ученые знали, как внести направленные изменения только в ядерную ДНК. Статья, опубликованная американскими исследователями в Nature, описывает способ целевого редактирования митохондриальных нуклеиновых кислот.

Основой для технологии, позволяющей вносить изменения в геном митохондрий, стал токсин Ddda. Он синтезируется грамотрицательными бактериями Burkholderia cenocepacia, помогая им конкурировать за питательные ресурсы с другими микроорганизмами. Этот токсин катализирует изменения в ДНК, превращая один из ее нуклеозидов, цитозин, в урацил — азотистое основание, характерное для РНК.

Это далеко не первый случай, когда у микроорганизмов обнаруживаются «инструменты», помогающие вносить изменения в гены. В генной инженерии активно используются деаминазы — ферменты, которые также превращают цитозин в урацил, заменяя аминогруппу NH2 на атом кислорода. Однако этот фермент работает лишь на однонитевой ДНК, в то время как в наших митохондриях она двухнитевая.

Микрофотография клеток Burkholderia cenocepacia / Centers for Disease Control and Prevention

Теоретически эту проблему можно было решить при помощи системы редактирования генов CRISPR-Cas9 в комплексе с деаминазами и дополнительными ферментами для расплетания двухнитевой ДНК. Однако использование такого подхода затрудняет селективная мембрана митохондрий: в частности, она не пропускает относительно громоздкие РНК-матрицы, необходимые в такой методике для идентификации определенных последовательностей ДНК.

Использование Ddda, который способен работать с двухцепочечной ДНК, позволило обойти эти препятствия. Исследователи соединили токсин с так называемым TALE-белком, который способен распознавать определенные домены в ДНК и связываться с ними. Комплекс Ddda-TALE находит в митохондриальных генах нужную последовательность и меняет в ней цитозин на урацил; последний позже превращается в тимин — другое азотистое основание, характерное для ДНК.

Лабораторные тесты показали, что Ddda-TALE дает нужные ученым изменения в генетическом коде примерно в 50% случаев. На первый взгляд это не кажется таким уж хорошим результатом. Однако при отсутствии других подходящих кандидатов на роль инструмента для редактирования митохондриальных генов, а также учитывая отсутствие каких-либо признаков потенциально катастрофических изменений за пределами целевых последовательностей, это достижение — серьезный научный успех.

Как и мутации в ядерной ДНК, генетические изменения в митохондриальных генах могут влиять на состояние организма, вызывая различные патологии, которые передаются потомству. Дальнейшее развитие технологии Ddda-TALE должно помочь в разработке и внедрении надежного инструмента, который позволит устранять такие мутации.

Ранее мы писали о том, что технологию генетического редактирования CRISPR непосредственно в теле пациента впервые использовали для лечения слепоты у человека, а физиологи из США рассматривают перспективы вмешательства в эпигенетику и генетику человека для защиты ДНК от космической радиации.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
4 часа назад
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

3 часа назад
4 минуты
Сергей Васильев

Анализ сотен записей зевков у разных видов млекопитающих и птиц показал, что оно длится тем дольше, чем крупнее мозг животного и чем больше в нем нейронов.

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

8 мая
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

4 часа назад
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: