• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
18.02.2022
Даниил Сухинов
4 008

Создан инструмент, облегчающий генетическую модификацию растений

5.8

Американские биоинформатики разработали новый инструмент с открытым исходным кодом, позволяющий значительно упростить и ускорить проведение генетической модификации растений с использованием технологии CRISPR/Cas. Авторы надеются, что новое программное обеспечение не только ускорит исследования, но и снизит число неудачных экспериментов.

Комплекс CRISPR/Cas9 (белый) вырезает участок ДНК (зеленый), направляемый гидовой РНК (синий)
Комплекс CRISPR/Cas9 (белый) вырезает участок ДНК (зеленый), направляемый гидовой РНК (синий). / ©Ella Maru Studio/Science Photo Library / Автор: Milonia Larcius

Сегодня генетическая модификация растений, особенно сельскохозяйственных культур, — широко распространенная практика. Ее используют для изменения характеристик плодов, повышения урожайности и устойчивости растений к стрессовым воздействиям. Очень важную роль в процессе модификации играет технология CRISPR/Cas.

В современной генной инженерии CRISPR/Cas — «рабочая лошадка» большинства методов направленного редактирования генов. При помощи нее можно целенаправленно вырезать участки ДНК в клетках различных организмов, чтобы на их место встроить другие участки ДНК, несущие нужный ген. Целевой участок ДНК опознается направляющей (или гидовой) РНК (гРНК), после чего белок Cas его вырезает.

В теории все звучит просто, однако на практике есть риск неспецифического редактирования ДНК (не только в том месте, где предполагалось) и нарушения последовательности кодирующих генов. Все из-за того, что гРНК может быть комплементарна нескольким участкам ДНК. Ситуация усугубляется в случае многих сельскохозяйственных культур из-за сложности и полиплоидности их геномов.

Решением задачи адаптации технологии CRISPR/Cas для геномов растений решили заняться в Центре передовых инноваций в области биоэнергетики и биопродуктов (CABBI). Исследователи разработали CROPSR — первый в своем роде программный инструмент с открытым исходным кодом для полногеномного проектирования и оценки последовательностей гРНК для экспериментов CRISPR/Cas. Результаты работы опубликованы в журнале BMC Bioinformatics.

«CROPSR предоставляет научному сообществу новые методы и новый рабочий способ проведения экспериментов с нокаутом CRISPR/Cas9, — поясняет разработчик CROPSR, ведущий автор исследования и аспирант по молекулярной биологии Ханс Мюллер Пауль (Hans Müller Paul). — Мы надеемся, что новое программное обеспечение ускорит проведение исследований и снизит количество неудачных экспериментов».

А — обзор механизма действия CRISPR/Cas9. B — схема типичного эксперимента по редактированию генов с применением CRISPR/Cas9 на сельскохозяйственной культуре с соответствующей временной шкалой для каждого этапа. Ожидается, что с применением программного обеспечения CROPSR, возможно улучшение шагов, выделенных серыми блоками. / © Müller Paul H., et al., BMC Bioinformatics, 2022

Дело в том, что существующие программные инструменты, необходимые для разработки и оценки эффективности экспериментов CRISPR, до сих пор основывались на редактировании геномов бактерий и млекопитающих, которые очевидно отличаются от полиплоидных геномов сельскохозяйственных культур с кратным набором хромосом. В растениях один признак — например, связанный со стрессом, где полезны резервные системы — может регулироваться набором генов.

Ученый может разработать эксперимент с CRISPR/Cas-системой, чтобы отключить один или несколько генов и не знать о других, выполняющих ту же функцию. Он также может не знать о существовании похожей последовательности ДНК другого гена с иной функцией, который может быть случайно вырезан.

В любом случае проблему можно не выявить до тех пор, пока растение не вырастет и не созреет, без какого-либо изменения признака или с какой-нибудь новой характеристикой (очень редко полезной). Эта проблема особенно остро проявляется с культурами, для выращивания которых требуются особые погодные условия, когда пропуск сезона может означать задержку разработки на год.

Для решения этой задачи команда создала программное обеспечение (автономный пакет, написанный на Python), в котором пересмотрела подход к разработке и оценке последовательностей гРНК с учетом того, что необходимо вырезать все копии гена и не задеть ненужные участки ДНК. По словам авторов, модели оценки гРНК в CROPSR обеспечивают куда более точные прогнозы применения CRISPR/Cas даже в геномах, не относящихся к сельскохозяйственным культурам.

Разработчики также заложили в CROPSR возможность создания базы данных гРНК для всего генома сельскохозяйственной культуры. Этот процесс требует значительных вычислительных ресурсов и времени.

Но исследователям нужно сделать это всего один раз, чтобы создать базу данных, которую затем можно неоднократно использовать для многих экспериментов.

Временная шкала и этапы типичного эксперимента по нокауту (K/O) CRISPR/Cas9 в геноме сельскохозяйственных культур с использованием CROPSR. Шаги в серых блоках необходимо выполнить всего один раз для каждого генома при первом использовании CROPSR (создание базы данных). Последовательное использование одного и того же генома требует только поиска в базе данных, как показано на рисунке. / © Müller Paul H., et al., BMC Bioinformatics, 2022

В результате все, что нужно сделать ученому, — найти нужный ген в собственной базе данных, выбрать гРНК из предлагаемого списка, а CROPSR сам укажет на другие места в геноме, на которые нужно нацелиться.

«Вы можете просто зайти в базу данных, получить всю необходимую информацию, готовую к работе, и начать исследование, — заключает Пауль. — Чем меньше времени вы тратите на планирование своих экспериментов, тем больше времени можете потратить на сами эксперименты».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 12:22
Алиса Гаджиева

Авторы нового междисциплинарного исследования выяснили, как распределялись ресурсы в сообществе земледельцев и скотоводов одной из альпийских долин семь тысяч лет назад.

Позавчера, 08:19
Дарья Г.

В центре далекой галактики OJ 287 находятся две черные дыры, одна из которых в сотню раз больше другой. В 2021 году астрономы подтвердили существование пары по изменению яркости объекта. Теперь же ученым удалось доказать, что источником той необычной вспышки была именно малая черная дыра.

12 июня
Александр Березин

Глава подразделения NASA по системам исследования Луны объяснила ранее неизвестное публике условие для высадки людей на спутнике Земли в сентябре 2026 года. Скептики оценили это заявление как стремление Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США переложить ответственность за срыв сроков лунной высадки на кого-то еще.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

11 июня
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

8 июня
Михаил Орлов

Переселение позвоночных из воды в наземно-воздушную среду жизни стало поворотным моментом в истории биосферы. Однако этот эволюционный скачок имел и серьезные побочные эффекты: он привел к потере способности восстанавливать потерянные части тела рептилиями, птицами и млекопитающими. В новой статье биологи рассмотрели генетические и эволюционные аспекты освоения суши и выяснили, что резкое ослабление регенерации стало своеобразной «расплатой» за адаптации животных к другой среде.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

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

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
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: