Ученые впервые внесли целевые изменения в митохондриальную ДНК — Naked Science
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.
Вчера, 14:34
Илья Ведмеденко

Осведомленный источник ТАСС сообщил, что опытный образец перспективного стратегического бомбардировщика нового поколения соберут к 2023 году. Ранее стало известно, что в России изготовили первый образец двигателя для нового самолета.

Вчера, 11:54
Александр Березин

Среди полностью привитых препаратом от центра «Вектор» процент заболевших Covid-19 слабо отличим от процента заболевших среди тех, кто не прошел вакцинацию. В то же время среди привитых другими вакцинами этот показатель в несколько раз ниже, чем среди непривитых.

7 часов назад
Ольга Иванова

26-летняя девушка из Португалии обнаружила, что после родов у нее началась лактация из подмышечной впадины. Врачи заявили, что это редкий случай полимастии.

1 августа
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

29 июля
Сергей Васильев

В Канаде обнаружили окаменелости, поразительно похожие на скелет морских губок и при этом на миллионы лет старше Кембрийского взрыва, когда появились современные типы животных.

Вчера, 14:34
Илья Ведмеденко

Осведомленный источник ТАСС сообщил, что опытный образец перспективного стратегического бомбардировщика нового поколения соберут к 2023 году. Ранее стало известно, что в России изготовили первый образец двигателя для нового самолета.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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: