Основой технологии CRISPR-Cas служит система иммунитета бактерий, которую те используют для борьбы с вирусами. Комплекс CRISPR-Cas, состоящий из молекул белков и РНК, узнает последовательности вирусных нуклеиновых кислот и разрезает их в строго определенных участках, используя спейсер — участок РНК, точно подходящий к вирусной последовательности. Именно это делает систему невероятно полезным «молекулярным скальпелем».
Американские биохимики обратили внимание на «библиотеку» иммунной системы бактерии Escherichia coli, которая содержит нуклеотиды вирусов и может копироваться на РНК-молекулу CRISPR-Cas. Система CRISPR по сути является природным запоминающим устройством, которое исследователи попробовали изменить таким образом, чтобы она могла синтезировать носитель информации — плазмиду.
Исследователи модифицировали бактерии: в ответ на стимулы (присутствие меди в белковых комплексах, моносахарида фукозы) микробы синтезировали кольцевые фрагменты ДНК — плазмиды. Каждая плазмида стала той частью «магнитной ленты», которая кодировала определенное воздействие на бактерию.
Комплекс CRISPR собирал нуклеотиды в свою «библиотеку» подобно записи информации на пленку. Если бактерия не подвергалась никакому воздействию, она вырабатывала особый вид плазмид, подобный пустому сигналу. Полученная последовательность нуклеотид позволяет отследить, как по времени менялась клеточная среда.
Разработанная методика получила название TRACE (аббревиатура от Temporal Recording in Arrays by CRISPR Expansion). По словам авторов, она позволяет вести непрерывное наблюдение до нескольких дней. В перспективе модифицированная методика TRACE может стать биомаркером болезней. Так, кишечные бактерии реагируют на протекание в организме множества заболеваний: болезни Паркинсона, рассеянного склероза, хронической усталости. Бактерии с CRISPR-Cas, по мнению исследователей, помогут по-новому взглянуть на развитие патологий в организме.
Исследование опубликовано в журнале Science.
Ранее ученым удалось в реальном времени заснять, как система CRISPR-Cas разрезает ДНК.
Евгения Щербина