Биологи научились "редактировать" ДНК

Биологи научились "редактировать" ДНК

Учёные из исследовательского института Скриппса (The Scripps Research Institute) нашли способ "редактировать" ДНК с рекордной эффективностью.

Прорыв связан с набором ДНК-связывающих белков TALE, которые биологи всё чаще используют, чтобы включить, выключить, удалить, добавить или даже переписать специфические гены в ходе научных экспериментов, а также для потенциального применения в биотехнологиях и медицине, например, для лечения генетических заболеваний.

Методы редактирования ДНК, основанные на манипуляциях с белками TALE, ранее считались применимыми лишь к малой части возможной последовательности ДНК у животных и растений. Новое исследование подтвердило, что эти ограничения можно снять.

"Это один из самых популярных инструментов в биологии, и теперь мы нашли способ выделять его из любых последовательностей ДНК", – говорит Карлос Барбас III (Carlos F. Barbas III), профессор кафедры молекулярной биологии химического факультета института Скриппса.

О своих выводах Барбас и его команда сообщили в статье (PDF-документ), опубликованной журнале Nucleic Acids Research.

Молекулярные биологи давно грезили возможностью манипулировать ДНК в составе живых клеток – теперь это становится реальностью. Изменённые на основе TALE белки были представлены всего несколько лет назад: возможно, это самый лёгкий и точный инструмент редактирования ДНК, известный науке.

Изменения основаны на природных TALE-протеинах, которые производятся некоторыми бактериями, поражающими растения. Эти природные белки помогают бактериям подорвать организм растения путём связывания растительной ДНК и повышения активности защитных генов вторгающейся бактерии.

Учёные обнаружили, что они легко могут спроектировать захват ДНК сегмента белками TALE в интересующей последовательности ДНК. Обычно они присоединяют ДНК-связывающий сегмент к другому сегменту белка, который может выполнять некую требуемую функцию на конкретном участке: например, выделять фермент, способный прорезать ДНК. В лаборатории Барбаса на основе редактирования белков уже разработаны тысячи мощных белков TALE.

Тем не менее, у основанного на TALE редактировании ДНК были замечены существенные недостатки. Практически все обнаруженные природные белки TALE имели последовательность ДНК, начинающуюся с транскрипции нуклеозидов тимидина, обозначенного буквой Т в четырёхзначном коде ДНК. Структурные исследования привели к выводу, что белки TALE не могут быть связаны с ДНК без начального Т. Молекулярные биологи считали, что это "Т-ограничение" применимо к любому искусственному белку TALE.

Но это не заставило учёных отказаться от идеи найти более широкое применение белкам TALE. Брайан Лэмб (Brian M. Lamb), научный сотрудник лаборатории Барбаса, использовал метод "направленной эволюции", разработанный другим сотрудником, Эндрю Мерсером (Andrew C. Mercer).

Во-первых, Лэмб сгенерировал огромную библиотеку новых белков TALE, способных хаотично менять структуру – предположительно, чтобы захватить начальные нуклеозиды. Затем он провёл серию тестов над новыми TALE-соединениями, чтобы выяснить, которые из них функционируют адекватно, даже если их мишень не имеет Т-нуклеозидов в последовательности ДНК.

Таким образом, Лэмб выделил несколько новых TALE-белков, которых не сдерживает "Т-ограничение". Одни предпочитают связываться с ДНК, начинающимися не с Т-нуклеозидов, а с G-гуанозинов. Другие могут связываться с любым из четырёх нуклеозидов последовательности ДНК. "По сути, мы отменили "Т-ограничение", – говорит Лэмб.

"Это означает, что количественные и качественные показатели изменений, которые мы можем совершить с помощью TALE-белков, резко пошли вверх", — считает Барбас.

Он и его команда планируют продолжить работу по использованию неограниченных изменений, основанных на TALE-белках, и сделать новый метод инструментом для лечения генов. Отмена "Т-ограничения" должна положительно повлиять на развитие молекулярной биологии, биотехнологии, медицины стволовых клеток, нанотехнологии и ДНК-оригами: любая отрасль, которая требует манипуляций ДНК в живых клетках, получает выгоду от этого прорыва.

"Потенциальных способов применения этой технологии гораздо больше, чем можно вообразить", — убеждён Барбас.

Также по теме:

ДНК помогла создать новый тип действенных лекарств от рака 

Город будущего. Генетическая медицина 

Учёные научились расшифровывать геном человека за 15 минут

Химики усовершенствовали технологию ДНК-оригами 

Облака из молекул ДНК помогут поймать воров

vesti.ru

Похожие новости:
Открыт гормон, превращающий плохой жир в хороший
Исследователи обнаружили гормон, который преобразует "вредный" белый жир в "полезный" бурый. Медики надеются, что открытие поможет в лечении ожирения, диабета и нейромышечных заболеваний, а также к появлению таблетки, заменяющей физические нагрузки. Долгие годы биологи знали, что физические упражнения каким-то ..
2012-01-23 2146 0 Научные открытия
0
Американские физики научились получать небывалую температуру
Американские физики попали в Книгу рекордов Гиннесса. Во время эксперимента им удалось получить вещество, разогретое до 4 триллионов градусов Цельсия — это в 250 тысяч раз больше, чем температура в центре Солнца! Учёные сталкивали в коллайдере разогнанные почти до скорости света ядра атомов золота. ..
2012-06-26 3812 0 Научные открытия
1
Ферменты заставили эволюционировать искусственные ДНК
ДНК — основа почти любого организма планеты. "Подделать" дезоксирибонуклеиновую кислоту, представляющую собой двуцепочечную нить, биологи пытались не раз. Однако впервые им удалось заставить макромолекулы дублировать себя, самостоятельно "размножаться". С химической точки зрения ДНК — это длинная ..
2012-04-22 1612 0 Научные открытия
0
Российские полярники готовятся к исследованию древнего антарктического озера
Российские полярники в Антарктиде находятся на пороге крупного открытия - они получат доступ к озеру, законсервированному миллион лет назад. Об этом в интервью сегодняшней "Российской газете" сообщил известный российский полярник, ученый-океанолог Артур Чилингаров. На днях он вылетает в Антарктиду, на станцию "Восток". ..
2012-01-27 2789 1 Научные открытия
0
В прямом эфире канала "Наука 2.0" БАК и "частица Бога"
4 июля 2012 года в 12:40 телеканал "Наука 2.0" начнет прямую трансляцию пресс-конференции Европейского центра по ядерным исследованиям (ЦЕРН) в Женеве. На конференции ученые центра могут представить убедительные свидетельства существования гипотетической частицы — бозона Хиггса. ..
2012-07-4 2038 0 Научные открытия
0
Человек произошел от морского червя
Ученые из Великобритании и Канады спешат расширить кругозор тех, кто считает, что человек произошел от обезьяны. Биологи доказали, что нашим "более старшим" предком был двухмиллиметровый морской червь, обитавший на планете более 500 миллионов лет назад, сообщает Zee News. Древнейшего предка человека зовут ..
2012-03-6 2151 0 Научные открытия
0
NASA сняло на видео солнечный торнадо
Космическое агентство NASA опубликовало видеокадры мощного солнечного торнадо. Высота столбов плазмы достигала 200 тысяч километров — это примерно пять планет размером с Землю. Уникальное явление произошло в сентябре прошлого года. Газ, раскалившийся до двух миллионов градусов ..
2012-03-30 1907 0 Научные открытия
0
Нобелевскую премию по физике дали за точные часы
Французский физик Серж Арош говорит - счастлив разделить нобелевскую премию по физике 2012 года со своим коллегой американцем Дэвидом Вайнлендом. Учёные удостоились награды за создание технологий манипулирования квантовыми частицами, не разрушая их. В будущем их исследования могут помочь ..
2012-10-10 1668 0 Научные открытия
0
Биологи разглядели работу нейронов в мозге малька
Биологи научились видеть работу нейронов в мозге свободно движущихся животных и проследили затем, о чем думает малёк данио-рерио во время охоты на инфузорию. Работа опубликована в журнале Current Biology группы Cell, а ее краткое содержание пересказывает ScienceNow. Метод основан на использовании ..
2013-02-2 1848 0 Научные открытия
0
Биологи научились отключать гены старения
Ученые обнаружили группу генов, удаление которых может привести к резкому увеличению продолжительности жизни. Результаты исследования, занявшего больше 10 лет, являются крупным прогрессом в генетике. Об итогах своей работы авторы рассказали в журнале Cell Metabolism, а кратко ..
2015-10-13 3767 0 Научные открытия
5
Выявлено влияние физических упражнений на гены
Учёные сделали новый шаг на пути к пониманию влияния образа жизни человека на его гены. Благодаря новому открытию удалось установить связь между ДНК человека и физической нагрузкой, которую он испытывает. Поясним. Хотя генетический код одинаков для всего организма, каждая клетка обладает ..
2012-03-11 3177 0 Научные открытия
0
Ученые смогли включить нейрогенез в поврежденном спинном мозге
Биологи из Медицинского центра Университета Техаса научились включать в поврежденном спинном мозге процесс перепрограммирования клеток глии в новые нейроны. Работа ученых опубликована в журнале Nature Communications, кратко о ней можно прочитать в пресс-релизе центра. Заставить дифференцированные астроциты взрослых ..
2014-02-27 1637 0 Научные открытия
0
Впервые доказано существование навигационных нейронов у человека
Каждый знает человека, который способен заблудиться "в трёх соснах". Некоторые узнают этого человека в себе. Ориентация в пространстве — задача довольно сложная, но нам приходится справляться с ней едва ли не ежедневно. Кто-то с лёгкостью дойдёт до главной площади в незнакомом ..
2013-08-5 1816 0 Научные открытия
0
На глубине обнаружили новый вид членистоногих
На глубине 1890 метров от от уровня моря, в пещерах Абхазии была обнаружена новая особь вида ногохвосток, размер этого представителя не превышает четырех миллиметров.. Местом исследования ученым послужила пещера Кубера-Воронья, которой занимались одновременно биологи португальского института ..
2012-04-23 1639 0 Научные открытия
0
Физики впервые увидели танцы электронов в молекуле
Впервые учёным удалось сфотографировать "танцы электронов" внутри молекулы. Разглядеть "объекты" на микроуровне исследователям помогла комбинация нескольких методов съёмки, пишет BBC News. Революционный прорыв совершили специалисты швейцарского исследовательского подразделения IBM (IBM Research Zurich), которые ранее ..
2012-02-27 3069 0 Научные открытия
0