В течение последнего десятилетия ученые совершенствовали генную инженерию с помощью технологии CRISPR-Cas9. Эта естественная система разрезания генов обладает невероятным потенциалом, но вскоре может отойти на второй план из-за нового открытия. Ученые из Массачусетского технологического института и Гарварда идентифицировали новую молекулу редактирования ДНК под названием Fanzor, и она может оказаться проще в применении, чем CRISPR.
Статья, в которой подробно описаны возможности редактирования генов CRISPR, была опубликована в 2012 году, а всего несколько лет спустя, в 2020 году, исследователи были удостоены Нобелевской премии. Эта система использует CRISPR (кластеризованные короткие палиндромные повторы с регулярными промежутками) в качестве молекулы-мишени, которая указывает ферменту Cas9 точное место разрезания ДНК. Такая точность была невозможна до открытия CRISPR-Cas9. В 2019 году один китайский ученый попытался применить технологию в медицине, создав с помощью CRISPR генетически модифицированных младенцев, и этот проект привел к тому, что китайское правительство посадило его за решетку.
Новое исследование возглавил профессор Фэн Чжан, сотрудник Института исследований мозга Макговерна в Массачусетском технологическом институте и Института Броуда в Массачусетском технологическом институте и Гарварде. Его команда обнаружила Fanzor в нескольких организмах, включая грибы, водоросли, амебы и северные моллюски куахог. CRISPR является родным для бактерий, которые являются прокариотическими клетками. Растения, животные, люди и грибы имеют более сложные эукариотические клетки. Таким образом, Fanzor в перспективе будет иметь лучшую совместимость с человеческими клетками.
Согласно опубликованному исследованию, Fanzor меньше, чем CRISPR-Cas9, но имеет аналогичный механизм действия. Фермент Fanzor, во многом похож на Cas9, так как он осуществляет фактический разрез ДНК. Различие заключается в том, что вместо последовательностей нуклеиновых кислот CRISPR, молекула-мишень Fanzor представляет собой фрагмент РНК, называемый ωRNAs. Поскольку комплекс Fanzor-ωRNA (см. выше, прикрепленный к ДНК) более компактен, команда считает, что его будет легче ввести в живые клетки.
Северный моллюск куахог - один из организмов, в которых обнаружена система Fanzor-ωRNA.
Когда Чжан и его команда начали экспериментировать с Fanzor, оказалось, что его активность гораздо ниже, чем у CRISPR-Cas9. Тем не менее, исследователи смогли модифицировать белок, чтобы повысить его активность в 10 раз. При этом команда считает, что Fanzor-ωRNA будет наносить меньше "побочного ущерба" при редактировании ДНК. Cas9 иногда может вырезать целые участки ДНК рядом с целевым объектом, оставляя клетку с большим количеством повреждений, которые нужно исправить, и повышая риск ошибки.
Мы все еще далеки от применения Fanzor-ωRNA на пациентах. Даже спустя 10 лет CRISPR используется только в ограниченных областях, и мы еще не очень хорошо понимаем эти молекулы. Эти молекулы используются для борьбы с вирусами в бактериях, и мы даже не знаем, какова истинная природная функция фермента Fanzor.