• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
18 февраля
Даниил Сухинов
3 541

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

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
Предстоящие мероприятия
14 мая
Василий Парфенов

Космическую компанию Илона Маска в шутку иногда называют пиротехнической — так часто ее изделия взрываются во время испытаний. Пара свежих инцидентов на тестовом полигоне в городе Макгрегор лишь подтверждают эту славу. Не успели фанаты космонавтики наладить онлайн-трансляцию из этой локации, как запечатлели сразу два взрыва подряд с промежутком всего в десятки часов.

9 часов назад
Мария Азарова

Польские исследователи впервые продемонстрировали, как три чистых нитрофенола — или их смесь, образующаяся в том числе при приготовлении шашлыка — влияют на клетки легких человека.

5 часов назад
Сергей Васильев

Биологи впервые смогли использовать метод генной модификации CRISPR для насекомых. Испытывая новый подход, они создали новые линии ГМ-жуков и тараканов.

14 мая
Василий Парфенов

Космическую компанию Илона Маска в шутку иногда называют пиротехнической — так часто ее изделия взрываются во время испытаний. Пара свежих инцидентов на тестовом полигоне в городе Макгрегор лишь подтверждают эту славу. Не успели фанаты космонавтики наладить онлайн-трансляцию из этой локации, как запечатлели сразу два взрыва подряд с промежутком всего в десятки часов.

12 мая
Мария Азарова

Авторы нового исследования проверяли, насколько выполнение второстепенного задания влияет на аргументы, которые выдвигали люди, говорящие правду или неправду.

13 мая
Алиса Гаджиева

Один из самых археологически изученных ландшафтов в мире до сих преподносит сюрпризы.

21 апреля
Александр Березин

Местные чиновники пытаются переложить ответственность за случившееся на резкое уменьшение турпотока из-за коронавируса, но цифры показывают, что ключевая проблема совсем в другом. В 2019 году на выборах в этой стране победил президент — сторонник модных зеленых идей. Вскоре там запретили продажу минеральных удобрений и двинулись к «устойчивому сельскому хозяйству». Как именно популярные «органические» идеи повлияли на еще не так давно быстро растущую местную экономику? И почему уроки шри-ланкийской трагедии могут пригодиться даже Западу и России?

26 апреля
Василий Парфенов

Крупнейшие патентные ведомства мира десятилетиями или веками принципиально игнорируют любые конструкции, нарушающие начала термодинамики. С точки зрения здравого смысла это хорошо, но конспирологи и гении-самоучки считают иначе. По их мнению, такая политика стала результатом заговора (подставьте сюда любое вымышленное или не очень секретное общество либо лобби). Что ж, похоже, Роспатент встал на их сторону.

27 апреля
Александра Медведева

С помощью GPS-трекинга ученые проследили за перемещениями целой популяции домашних кошек в небольшом норвежском городке. Оказалось, питомцы редко уходят от дома далее 50 метров и почти не совершают длительных прогулок.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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
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: