Компактная версия CRISPR: повышение эффективности и стабильности геномного редактирования

Учёные оценили возможности миниатюрных нуклеаз* CRISPR–Cas12f — компактных инструментов геномного редактирования, рассматриваемых в качестве перспективной базы для разработки новых терапевтических методов. Их ключевое преимущество заключается в малом размере, который упрощает доставку компонентов системы в клетки с помощью аденоассоциированных вирусов (AAV). Несмотря на успешную транспортировку, эффективность функционирования таких систем в клетках млекопитающих до недавнего времени оставалась ограниченной. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Structural & Molecular Biology.

В новом исследовании учёные обратились к естественному многообразию Cas12f, предполагая, что различные варианты этой системы могут существенно отличаться по механизму работы. С помощью метагеномного анализа они выявили новый природный вариант — Alistipes sp. Cas12f (Al3Cas12f), который продемонстрировал более высокую активность при редактировании генома в клетках человека.

Сравнительный анализ показал, что разные представители семейства Cas12f имеют свои уникальные особенности строения. Это влияет на то, как система находит нужный участок ДНК, соединяется с направляющей РНК (gRNA) и, в конечном итоге, разрезает генетическую цепь.

Особое внимание исследователи уделили тому, как Al3Cas12f формирует R-петлю — структуру, необходимую для точного редактирования генома. Было показано, что более эффективное образование R-петли связано с более стабильным соединением двух белковых молекул (димерный интерфейс) и оптимизированной направляющей РНК.

На основе этих данных учёные создали улучшенную версию — Al3Cas12f (RKK). Она показала ещё более высокую результативность и стабильно работала в самых разных участках генома. Это помогло решить главную проблему — непредсказуемость результата, которая раньше мешала применять систему Cas12f на практике.

Выводы

Авторы работы подчёркивают, что создание компактных редакторов расширяет горизонты генной терапии с использованием малых доз в терапии. Это критически важно для безопасной доставки системы в организм с помощью AAV. Кроме того, исследование раскрывает, какие именно особенности строения Cas12f определяют его продуктивность, что служит базой для разработки инструментов редактирования нового поколения.

Ранее была представлена CRISPR-технология — pPro-MobV, которая возвращает бактериям чувствительность к антибиотикам, удаляя гены устойчивости. Метод работает внутри биоплёнок и передаётся между клетками, что открывает возможности для медицины и экологических решений, включая очистку воды и контроль за бактериями в природе.

*природные ферменты (белки), способные расщеплять связи в молекулах нуклеиновых кислот (ДНК и РНК).