Вдохновлённые стратегиями защиты бактерий, учёные разрабатывают химическую маркировку ДНК для редактирования генома

от

Группа исследователей под руководством учёных из Института исследований инфекций на основе РНК имени Гельмгольца (HIRI) представила новый способ тонкой настройки генетического материала. Их исследование, [опубликованное](https://www.nature.com/articles/s41587-025-02802-w) в журнале Nature Biotechnology, описывает инновационную методику, при которой химические метки присоединяются непосредственно к ДНК. Это открывает новые подходы в медицине, сельском хозяйстве и биотехнологии.

Точное редактирование генетической информации

В последние годы точное редактирование генетической информации достигло значительных успехов. Такие инструменты, как «генетические ножницы» CRISPR-Cas9 и базовое редактирование — метод, который вносит точные изменения в ДНК на уровне отдельных букв без её разрезания, — уже стали стандартом в исследованиях и клинических разработках. Эти технологии используются для лечения генетических заболеваний, повышения устойчивости сельскохозяйственных культур и создания бактерий для биотехнологических целей.

Новый метод редактирования ДНК

Исследователи из HIRI, входящего в состав Центра исследований инфекций имени Гельмгольца в Брауншвейге (HZI), в сотрудничестве с Университетом Юлиуса-Максимилиана в Вюрцбурге (JMU) разработали новый метод точного редактирования ДНК. Команда HIRI также сотрудничала с Университетом штата Северная Каролина в США и ETH Zurich в Швейцарии. Их цель — сделать генетические изменения в бактериях, растениях и клетках человека ещё более точными и мягкими.

Вдохновение природой

Команда вдохновилась природной системой защиты бактерий от вирусов, известной как бактериофаги. Чтобы бороться с этими захватчиками, бактерии используют два фермента — DarT2 и DarG. Во время вирусной инфекции DarT2 присоединяет химический маркер к ДНК, блокируя репликацию и останавливая распространение вируса.

В отсутствие угрозы DarG отключает DarT2 и активно удаляет маркер. Этот тонко настроенный механизм помогает предотвратить распространение вируса — и теперь он служит основой для нового подхода к редактированию генома.

Аппендикулярное редактирование

Новая форма присоединения, разработанная исследователями, получила название «аппендикулярное редактирование». «Впервые это позволяет нам достичь новых типов генетических модификаций, которые были невозможны с помощью предыдущих методов», — объясняют учёные.

Чтобы понять механизм, представьте, что ДНК — это блокнот, в котором каждая страница состоит из длинной цепочки букв. В то время как традиционные методы генного редактирования обычно удаляют или заменяют отдельные буквы в этой цепочке, аппендикулярное редактирование вводит небольшую химическую группу — молекулы ADP-рибозы — в определённом месте. Это дополнение действует как «липкая заметка», прикреплённая к определённой букве. Химический маркер убеждает клетку изменить эту ДНК с высокой точностью и минимальными нарушениями. Однако тип изменения зависит от организма, в котором оно было введено.

В отличие от предыдущих технологий, где одни и те же инструменты дают схожие результаты для всех организмов, эффекты метода аппендикулярного редактирования различаются у бактерий и эукариот, таких как грибы, растения и клетки человека.

«Мы наблюдали, что аппендикулярное редактирование привело к включению крупных правок в бактериях на основе предоставленного шаблона, в то время как в эукариотических клетках модифицированное основание ДНК изменило свою идентичность», — объясняет Чейз Бейзель, заведующий профильным отделом в HIRI.

«Это был один из самых удивительных выводов — что результат восстановления ДНК может сильно различаться у разных организмов», — добавляет Константинос Патиниос, бывший научный сотрудник лаборатории Бейзеля.

Потенциальные применения

Исследователи видят многочисленные потенциальные применения этого инструмента. «Наш метод аппендикулярного редактирования значительно расширяет инструментарий геномных исследований и открывает новые возможности для прецизионной биотехнологии и разработки медицинской терапии», — говорит Даршана Гупта, докторант HIRI.

В частности, микробы могут быть модифицированы целенаправленно — например, для оптимизации естественно полезных бактерий в организме человека или для более эффективного изучения патогенов. В клетках человека точное редактирование однажды может помочь мягко исправить наследственные заболевания и предоставить новые сведения о процессах восстановления ДНК.

Дальнейшие исследования всё ещё необходимы, прежде чем такие приложения смогут достичь клинической практики. Однако учёные уверены. «DarT2 — ещё один отличный пример использования бактериальной защиты в исследованиях генома», — говорит Харрис Бассетт, который завершает докторскую диссертацию в лаборатории Бейзеля.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте