10.07.2020
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.
Сегодня, 05:30
Мария Азарова

Ученые из США представили альтернативный молекулярный механизм образования меланоцитарного невуса, который согласуется как с экспериментальными, так и с клиническими наблюдениями.

11 часов назад
Василий Парфенов

Польские ученые-полярники засняли редкое событие — охоту полярного медведя не на морскую добычу, а наземную. Правда, молниеносная атака все равно произошла в воде. Подобное поведение северного хищника впервые удалось запечатлеть на видео.

Позавчера, 14:37
Николай Цыгикало

Запуск в космос всегда динамичен. Ревущий старт, огромный факел огня, затихающий гром в небе. Первая ступень отработала и отделилась, отработала следующая, эстафета ускорения закончилась достижением орбитальной скорости на нужной высоте. Пуск ракеты завершен, заняв всего восемь – десять минут. Но выведение на этом не заканчивается. В работу вступает особая, космическая ступень. Именно она поднимает орбиту на большую высоту, начинает межпланетное путешествие, и решает много других задач. О ее сложной работе и больших возможностях – в нашем материале.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

26 ноября
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

25 ноября
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

2 ноября
Мария Азарова

Авторы новой работы на примере Шотландии определили характеристики людей, умерших от Covid-19, хотя они были привиты, а также выявили основные предикторы смертности.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: