Технология редактирования генов CRISPR-Cas9 является одним из самых важных научных прорывов последних десятилетий, и она постоянно совершенствуется. Учёные из Мэрилендского университета (UMD) разработали систему, названную CRISPR-Combo, которая может редактировать и изменять экспрессию нескольких генов одновременно.

Новая разновидность инструмента редактирования генов, известная как CRISPR-Combo, способна одновременно редактировать одни гены и активировать другие. Depositphotos

Технология CRISPR представляет собой мощное решение, позволяющее исследователям вносить изменения в специфичные гены живого организма по принципу "вырезать и вставить". Инновационная методика позволяет создавать новые методы терапии целого ряда заболеваний, включая онкологию, диабет, наследственные болезни зрения и патологии крови. Кроме того, с помощью редактирования можно было улучшать урожай и увеличить поголовье сельскохозяйственных животных, использовать новые формы борьбы с вредителями и создавать новые полезные виды микроорганизмов.

Более поздние эксперименты оптимизировали рецептуру CRISPR. Некоторые из них позволяли одновременно редактировать сразу несколько разных генов, а другие версии вообще обходились без рестрикции молекул DNA, концентрируясь на изменении экспрессии генов по мере необходимости.

В рамках нового исследования команда UMD объединили обе методики в один инструмент, получивший соответствующее название CRISPR-Combo. Обычно одна направляющая РНК выполняет либо функции редактирования, либо функции активации, то есть всегда работает что-то одно. В данном исследовании команда распределила эти функции между разными РНК: за редактирование отвечала обычная Cas9, а за активацию - сгРНК.

Команда проверила эту концепцию в нескольких экспериментах. Сначала в опытах на клетках томата и риса учёные успешно продемонстрировали, что обе функции выполняются независимо друг от друга без негативных последствий.

"В качестве доказательства концепции мы показали, что можем отключить ген А и активировать ген В, не допуская случайного пересечения ", - сказал Ипин Ци, один из участников эксперимента и доцент кафедры растениеводства UMD.

Затем они провели эксперимент с кресс-салатом (довольной популярной в генетике культурой). Отредактировав и активировав необходимые гены, ученые создали растение устойчивое к гербицидам и размножающийся в два раза быстрее обычного кресс-салата. (В результате модифицированная культура воспроизводила за год до восьми поколений вместо четырех контрольных).

Слева: растения тополя, выращенные после редактирования одного гена с помощью обычного CRISPR-Cas9. Справа: Тополя, выращенные с использованием новой технологии CRISPR-Combo, позволяющей редактировать одни гены и активировать другие. University of Maryland

Во время других испытаний с саженцами тополей исследователи задались целью повысить эффективность выведения новых сортов растений путём тканевой селекции. В результате редактирования одних и активации других полезных генов, (способствующих регенерации тканей растений), учёные обнаружили, что образцы тополей гораздо быстрее отращивают новые корни, что позволило значительно повысить процент успешного выращивания инженерных культур.

В настоящее время выращивание генно-инженерных растений из культур тканей требует добавления гормонов роста, которые активируют гены, способствующие росту. Исследовательская группа сократила этот процесс в рисе, напрямую активируя эти гены с помощью технологии CRISPR-Combo. В результате был получен генно-редактированный рис из культур тканей, не требующий добавления гормонов. Ци и его коллеги обнаружили, что культуры тканей, выращенные по их методу, выражали больше отредактированного гена, чем ткани, выращенные с использованием гормонов. 

По словам экспертов, использование нового инструмента откроет огромные возможности для высокоэффективного программирования сельскохозяйственных культур и других растений, наделяя их такими свойствами, как устойчивость к действию гербицидов и улучшенное усвоение питательных веществ.

"В плане комбинирования различных признаков перспективы новой методики действительно безграничны", - рассказывает Ипин Ци. "Но что действительно интересно, технология CRISPR-Combo обеспечивает такой уровень развития генетики растений, которого у нас еще не было". 

Исследование было опубликовано в журнале Nature Plants.

Источники: Университет Мэриленда, Journal Nature Plants
(https://www.nature.com/articles/s41477-022-01151-9)
(https://agnr.umd.edu/news/new-crispr-combo-boosts-genome-editing-power-plants)