Технология CRISPR/Cas9 долгое время считалась одной из самых прорывных в сфере изучения ДНК. Она позволяла учёным точечно менять и разрушать участки генома, что открывало широчайший простор для исследований. Данная технология предполагала использование особого фермента Cas9, который используется клетками для предотвращения внедрения в геном клетки чужеродных ДНК (к примеру вирусов). Cas9 "сканирует" попадающиеся ему фрагменты цепочек ДНК и если замечает их соответствие "черному списку", то разрывает нарушителя.
Фермент с таким интересным назначением был открыт в начале 20-го века, и учёные сразу поняли, как использовать его на благо науки. Cas9 заранее настраивают на поиск тех или иных фрагментов ДНК, чтобы после введения в организм он уничтожил искомую область генетического кода. Однако у CRISPR/Cas9 есть один большой недостаток — в рамках одного эксперимента может быть отредактирован только один участок генома организма. Необходимость в подобного рода экспериментах возникает из-за недостаточного понимания процессов взаимодействия нескольких участков генетического кода.
Долгое время проводились эксперименты как с ферментом Cas9, так и со схожим Cas12a, которые не приводили к желаемым результатам. В итоге оказалось, что ключ к новой технологии заключается в совмещении двух ферментов в рамках одного эксперимента. В недавно опубликованной статье учёные из Университета Торонто поделились результатами успешного одновременного использования Cas9 и Cas12a для редактирования нескольких участков ДНК.
Новый метод получил название CHyMErA (Cas Hybrid for Multiplexed Editing and Screening Applications) и в его основе лежит дополнительное свойство фермента Cas12a. Данный фермент может быть использован для получения нескольких молекул РНК в одной клетке, что в комбинации со свойствами Cas9 позволяет произвести одновременное изменение двух участков генома. Первые успешные эксперименты на специально созданных цепочках ДНК подтвердили эффективность данной технологии.
Следующим важным этапом исследования новой технологии стало применение CHyMErA для систематического анализа взаимодействия генов в здоровом состоянии и при различных патологиях. В одном случае применения нового инструмента исследователи нацелили его на пары генов, известных как паралоги, которые имеют похожую последовательность, но остаются плохо изученными.
Поскольку паралоги возникли в результате дублирования гена, предполагалось, что они будут играть похожие роли. Однако на практике их функции проверить не удавалось, главным образом потому, что один паралог компенсировал отсутствие парного, а удаление пары было невозможно ввиду ограничений, накладываемых технологией CRISPR.
Применив новый инструмент примерно для 700 пар паралогов, существующих в геноме человека, ученые подтвердили, что многие из этих пар генов действительно выполняют сходные роли в выживании клеток, в то время как другие имеют различные функции. В будущем авторы планируют использовать CHyMErA для решения других важных генетических задач и поиска ответа на вопросы, изучение которых было до сих пор недоступно.
Перспективы у данной разработки действительно высоки. Несмотря на весьма неоднозначное отношение большинства людей к экспериментам с ДНК, исследования в данной области могут стать ключом к успешному существованию нашей цивилизации в целом. Генетически модифицированные продукты уже сейчас позволяют заметно снизить стоимость производства и обеспечивать овощами, фруктами и мясом людей по всему земному шару.
Также генная инженерия исключительно важна для развития медицины и фармацевтики. Помимо возможности искусственного усиления иммунитета и более простых и точных методов исследования вирусов, изменение ДНК может излечивать многие врождённые заболевания.