Přesnější editace genů pomocí CRISPR/Cas12a

4.10.2018 |

Objev a vývoj nových způsobů editace genomu živých organismů, zejména často zmiňované metody CRISPR, patří v posledních letech mezi nejvýznamnější vědecké pokroky. Nejčastěji používaným, a tedy i nejoblíbenějším enzymem pro editaci genomu touto metodou je beze sporu Cas9. Jelikož je u Cas9 určitá pravděpodobnost úprav nesprávné součásti genomu, a tedy i nežádoucích funkcí organismu, dali si vědci z Texaské univerzity v Austinu za dlouhodobý cíl najít nejspolehlivější možný enzym pro genetické úpravy. Vědci se zaměřili na studium méně používaného enzymu Cas12a a ve své studii ukázali, že právě tento enzym je účinnější a přesnější než Cas9.

Američtí vědci ve své práci, která byla zveřejněna v srpnu tohoto roku v prestižním časopise Molecular Cell, došli k závěru, že objevili snadný a efektivní „upgrade“ technologie CRISPR, který vede k přesnější a spolehlivější editaci genů. Tato metoda je již ve vědecké sféře používána pro studium molekulárních mechanismů rostlin, živočichů i lidských genů. Úspěšně již byla použita při zajímavých vědeckých výzkumech, jako např. při vývoji prasat s myšími geny, pomocí nichž bojují s podkožním tukem a vedou ve finále k méně prorostlé slanině. Od CRISPRu se očekává i velký pokrok v léčbě různých onemocnění, jak lidských, tak rostlinných s dopadem na výnosy základních plodin. Avšak aby mohl CRISPR přinést všechny očekávané výsledky, je nutné pracovat na jeho vývoji a zlepšování.

Tým texaských vědců ve své studii uvádí, že Cas12a má ve srovnání s Cas9 složitější princip vazby na DNA. Každý enzym nese krátký řetězec genetického kódu ve formě RNA, která odpovídá cílovému řetězci DNA. V případě, že narazí na DNA, enzym se na ni začne vázat a od jedné strany k druhé postupně zkouší, zda jednotlivé báze sedí. V případě Cas9 je rozhodující, zda sedí prvních sedm až osm bází. V případě, že ano, pak je Cas9 již silně vázán na DNA i v případě, kdy další páry bází odpovídat nemusí. Může tak docházet k chybnému párování sekvencí.

Zdroj obrázku: Jenna Luecke, University of Texas at Austin, https://www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180802141744.htm.

U Cas12a je síla vazby na všech místech v porovnání s Cas9 slabší, proto je nutná shoda po celém cílovém úseku DNA, aby došlo ke genetické úpravě. Oproti Cas9 dokáže Cas12a kontrolovat správnost vazby až 18 párů bází, což je podstatný rozdíl. Tím se značně zvyšuje pravděpodobnost, že dojde pouze k zamýšleným úpravám genomu a necílové části zůstanou netknuté. Jinými slovy, Cas12a provádí lepší kontrolu každého páru bází ještě před tím, než se přesune na další.

Vědci sami uvádějí, že ani Cas12a určitě ještě není dokonalý. Ve své práci zhodnotili nedostatky tohoto enzymu, zejména jeho občasnou slepotu k nesprávnému párování mezi jeho RNA a cílovou sekvencí, ale zároveň naznačili možný způsob, jakým může být Cas12a dále vylepšen. Přestože je tak před nimi ještě velký kus práce, tato studie je dobrým začátkem k vývoji opravdu spolehlivého způsobu genomových editací.

Zdroj:

1. Isabel Strohkendl, Fatema A. Saifuddin, James R. Rybarski, Ilya J. Finkelstein, Rick Russell. Kinetic Basis for DNA Target Specificity of CRISPR-Cas12a. Molecular Cell, 2018; DOI: 10.1016/j.molcel.2018.06.043
2. https://www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180802141744.htm