Przełom w genetyce. Wkrótce uzyskamy nowe narzędzie edycji DNA
Naukowcy znaleźli zaginionego przodka CRISPR. Nie narodził się w bakteriach.
CRISPR mógł powstać w wirusach
CRISPR pozwala precyzyjnie zmieniać DNA. Naukowcy używają go do leczenia chorób i ulepszania upraw. Ta technologia edycji genów została opracowana na bazie mechanizmu naturalnego układu odpornościowego przeciw wirusom. Bakterie mają go od miliardów lat.
Dwa nowe badania opublikowane w Science opisują podobny system, który powstał w samych wirusach. Wygląda na poprzednika CRISPR.
Głównym autorem prac jest Peter Yoon z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Jest biologiem molekularnym i szuka dawnych przodków systemów CRISPR. Zespół pracuje w laboratorium Jennifer Doudna z tej samej uczelni. To biochemiczka i laureatka Nagrody Nobla za opracowanie metodę edycji genów CRISPR-Cas9.
Nikt nie wie dokładnie, jak powstały pierwsze systemy podobne do CRISPR. CRISPR działa dzięki przewodnikom RNA. To krótkie cząsteczki prowadzące białko do pasującego fragmentu DNA. Szczególnie niejasne było pochodzenie białek RAMP. Trzymają one przewodnik RNA i tworzą rdzeń starszej odmiany CRISPR. Uważa się, że to jedne z najstarszych elementów CRISPR. Mogą sięgać wspólnego przodka wszystkich żywych organizmów.
Zespół szukał białek o kształcie podobnym do RAMP. Tak trafił na nowe białko nazwane VIPR. Występuje w genomach bakterii i wirusów razem z małym RNA, które pełni rolę przewodnika.
Cele, które obierał sobie VIPR często znajdowały się w rywalizujących bakteriofagach. To wirusy atakujące bakterie. Wyglądało to jak "wyścig zbrojeń" ale pomiędzy wirusami. Badacze sądzą, że VIPR pozwalał wyłączać rywali w walce o kontrolę nad zajętą bakterią. Bakterie mogły potem przejąć ten system od najeźdźców i przerobić go na obronę. Z czasem miał z tego wyewoluować CRISPR.
Ten związek przyczynowo-skutkowy ma spore uzasadnienie, ale nie ma na niego bezpośrednich dowodów. Tę tezę wzmocniłyby systemy pośrednie między VIPR a CRISPR.
Badacze odkryli, że VIPR ma też dziwny kod. Przewodnik czyta dwie litery DNA, jedną pomija i czyta kolejne dwie. To kod typu "pomiń jedno". W CRISPR przewodnik pasuje do celu w jednym ciągłym odcinku. Przewodnik VIPR składa się z powtarzalnych jednostek. Stałe części trzyma białko, a zmienne wybierają cel DNA.
W bakterii E. coli VIPR dało się przeprogramować tak, by wyciszał wybrane geny i chronił ją przed wirusem. Obrazy struktury pokazały, że VIPR owija RNA i obie nici DNA w nietypowy kształt z trzech nici. To pomaga mu rozewrzeć DNA. Inne systemy rozplatają DNA parowaniem z RNA. VIPR robi to siłą białka.
Autorzy piszą, że VIPR to najprostsza znana i potencjalnie wszechstronna platforma do rozpoznawania DNA przez RNA. Sztuczne wersje mogłyby służyć do edycji genomu i podświetlania wybranych miejsc w DNA. Mogłyby też zmieniać aktywność genów bez zmiany ich zapisu.
Przed badaczami jeszcze dużo pracy nad VIPR i jego związkiem z CRISPR. Nietypowa logika VIPR może zainspirować nowe narzędzia genetyczne. Kolejne prace mogą też pokazać, jak przewodniki VIPR zdobywają nowe cele. Wojna wirusów mogła dać początek CRISPR.
