Что такое мультибелковые комплексы
А белковый комплекс или же мультипротеиновый комплекс группа из двух или более связанных полипептидные цепи. Различные полипептидные цепи могут иметь разные функции. Это отличается от мультиферментный комплекс, в котором несколько каталитические домены находятся в одной полипептидной цепи. [1]
Белковые комплексы представляют собой форму четвертичная структура. Белки в белковый комплекс связаны между собой нековалентный белок-белковые взаимодействия, и разные белковые комплексы имеют разную степень стабильности во времени. Эти комплексы являются краеугольным камнем многих (если не большинства) биологических процессов, и вместе они образуют различные типы молекулярная машина которые выполняют широкий спектр биологических функций. Видно, что клетка состоит из модульных супрамолекулярных комплексов, каждый из которых выполняет независимую дискретную биологическую функцию. [2]
Благодаря близости скорость и селективность связывающих взаимодействий между ферментативным комплексом и субстратами могут быть значительно улучшены, что приводит к более высокой клеточной эффективности. Многие методы, используемые для взлома клеток и выделения белков, по своей природе разрушают такие большие комплексы, поэтому часто бывает трудно определить компоненты комплекса. Примеры белковых комплексов включают протеасома для молекулярной деградации и большинства РНК-полимеразы. В стабильных комплексах большие гидрофобные границы раздела между белками обычно скрывают площади поверхности, превышающие 2500 квадратных метров. В качестве. [3]
Содержание
Функция
Образование белкового комплекса иногда служит для активации или ингибирования одного или нескольких членов комплекса, и, таким образом, образование белкового комплекса может быть аналогично фосфорилирование. Отдельные белки могут участвовать в образовании множества различных белковых комплексов. Разные комплексы выполняют разные функции, и один и тот же комплекс может выполнять очень разные функции, которые зависят от множества факторов. Вот некоторые из этих факторов:
Многие белковые комплексы хорошо изучены, особенно в модельном организме. Saccharomyces cerevisiae (штамм дрожжей). Для этого относительно простого организма изучение белковых комплексов в настоящее время проводится в масштабе всего генома, и продолжается выяснение большинства белковых комплексов дрожжей. [ нужна цитата ]
Типы белковых комплексов
Облигатный против необлигатного белкового комплекса
Если белок может сам по себе образовывать стабильную хорошо сложенную структуру (без других связанных белков) in vivo, то комплексы, образованные такими белками, называют «необязательными белковыми комплексами». Однако нельзя обнаружить, что некоторые белки сами по себе создают стабильную хорошо сложенную структуру, но их можно найти как часть белкового комплекса, который стабилизирует составляющие белки. Такие белковые комплексы называют «облигатными белковыми комплексами». [4]
Переходный или постоянный / стабильный белковый комплекс
Временные белковые комплексы образуются и временно разрушаются in vivo, тогда как перманентные комплексы имеют относительно длительный период полураспада. Как правило, облигатные взаимодействия (белок-белковые взаимодействия в облигатном комплексе) являются постоянными, тогда как необязательные взаимодействия, как было установлено, являются постоянными или временными. [4] Обратите внимание, что нет четкого различия между облигатным и необязательным взаимодействием, скорее между ними существует континуум, который зависит от различных условий, например pH, концентрация белка и т. д. [5] Однако существуют важные различия между свойствами временных и постоянных / стабильных взаимодействий: стабильные взаимодействия высококонсервативны, но временные взаимодействия гораздо менее консервативны, взаимодействующие белки по обе стороны стабильного взаимодействия имеют большую тенденцию к совместной экспрессии, чем те временного взаимодействия (фактически, вероятность совместной экспрессии между двумя временно взаимодействующими белками не выше, чем двумя случайными белками), а временные взаимодействия гораздо менее локализованы вместе, чем стабильные взаимодействия. [6] Хотя временные по своей природе, временные взаимодействия очень важны для клеточной биологии: человеческий интерактом обогащен такими взаимодействиями, эти взаимодействия являются доминирующими участниками регуляции генов и передачи сигналов, а белки с внутренне неупорядоченные области (IDR: области в белке, которые показывают динамические взаимопревращающие структуры в нативном состоянии), как обнаружено, обогащены временными регуляторными и сигнальными взаимодействиями. [4]
Нечеткий комплекс
Нечеткие белковые комплексы имеют более одной структурной формы или динамического структурного беспорядка в связанном состоянии. [7] Это означает, что белки не могут полностью складываться ни в временные, ни в постоянные комплексы. Следовательно, определенные комплексы могут иметь неоднозначные взаимодействия, которые варьируются в зависимости от сигналов окружающей среды. Следовательно, разные ансамбли структур приводят к различным (даже противоположным) биологическим функциям. [8] Посттрансляционные модификации, белковые взаимодействия или альтернативный сплайсинг модулируют конформационные ансамбли нечетких комплексов, чтобы точно настроить сродство или специфичность взаимодействий. Эти механизмы часто используются для регулирования внутри эукариотическая транскрипция машины. [9]
Незаменимые белки в белковых комплексах
У людей гены, белковые продукты которых принадлежат к одному и тому же комплексу, с большей вероятностью приводят к одному и тому же фенотипу заболевания. [16] [17] [18]
Гомомультимерные и гетеромультимерные белки
Субъединицы мультимерного белка могут быть идентичными, как в гомомультимерном (гомоолигомерном) белке, или разными, как в гетеромультимерном белке. Многие растворимые и мембранные белки образуют гомомультимерные комплексы в клетке, большинство белков в клетке. Банк данных белков гомомультимерные. [19] Гомоолигомеры отвечают за разнообразие и специфичность многих путей, могут опосредовать и регулировать экспрессию генов, активность ферментов, ионных каналов, рецепторов и процессы клеточной адгезии.
В потенциалзависимые калиевые каналы В плазматической мембране нейрона находятся гетеромультимерные белки, состоящие из четырех из сорока известных альфа-субъединиц. Субъединицы должны принадлежать к одному подсемейству, чтобы сформировать мультимерный белковый канал. Третичная структура канала позволяет ионам проходить через гидрофобную плазматическую мембрану. Коннексоны являются примером гомомультимерного белка, состоящего из шести идентичных коннексины. Кластер коннексонов образует щелевое соединение в двух нейронах, передающих сигналы через электрический синапс.
Внутригенное дополнение
Определение структуры
сборка
Правильная сборка мультибелковых комплексов важна, так как неправильная сборка может привести к плачевным последствиям. [26] Чтобы изучить сборку пути, исследователи изучают промежуточные этапы пути. Одним из таких приемов, позволяющих это сделать, является электрораспылительная масс-спектрометрия, которые могут одновременно идентифицировать разные промежуточные состояния. Это привело к открытию, что большинство комплексов следует упорядоченному пути сборки. [27] В случаях, когда возможна неупорядоченная сборка, переход от упорядоченного состояния к неупорядоченному приводит к переходу от функции к дисфункции комплекса, поскольку неупорядоченная сборка приводит к агрегации. [28]
Структура белков играет роль в сборке мультибелкового комплекса. Интерфейсы между белками можно использовать для предсказания путей сборки. [27] Внутренняя гибкость белков также играет роль: более гибкие белки обеспечивают большую площадь поверхности, доступную для взаимодействия. [29]
Эволюционное значение сборки мультипротеинового комплекса
В гомомультимерных комплексах гомомерный белки собираются способом, имитирующим эволюцию. То есть промежуточное звено в процессе сборки присутствует в эволюционной истории комплекса. [30] Противоположный феномен наблюдается в гетеромультимерных комплексах, где слияние генов происходит таким образом, чтобы сохранить исходный путь сборки. [27]
А белковый комплекс или же мультипротеиновый комплекс группа из двух или более связанных полипептидные цепи. Различные полипептидные цепи могут иметь разные функции. Это отличается от мультиферментный комплекс, в котором несколько каталитические домены находятся в одной полипептидной цепи. [1]
Белковые комплексы представляют собой форму четвертичная структура. Белки в белковый комплекс связаны между собой нековалентный белок-белковые взаимодействия, и разные белковые комплексы имеют разную степень стабильности во времени. Эти комплексы являются краеугольным камнем многих (если не большинства) биологических процессов, и вместе они образуют различные типы молекулярная машина которые выполняют широкий спектр биологических функций. Видно, что клетка состоит из модульных супрамолекулярных комплексов, каждый из которых выполняет независимую дискретную биологическую функцию. [2]
Благодаря близости скорость и селективность связывающих взаимодействий между ферментативным комплексом и субстратами могут быть значительно улучшены, что приводит к более высокой клеточной эффективности. Многие методы, используемые для взлома клеток и выделения белков, по своей природе разрушают такие большие комплексы, поэтому часто бывает трудно определить компоненты комплекса. Примеры белковых комплексов включают протеасома для молекулярной деградации и большинства РНК-полимеразы. В стабильных комплексах большие гидрофобные границы раздела между белками обычно скрывают площади поверхности, превышающие 2500 квадратных метров. В качестве. [3]
Содержание
Функция
Образование белкового комплекса иногда служит для активации или ингибирования одного или нескольких членов комплекса, и, таким образом, образование белкового комплекса может быть аналогично фосфорилирование. Отдельные белки могут участвовать в образовании множества различных белковых комплексов. Разные комплексы выполняют разные функции, и один и тот же комплекс может выполнять очень разные функции, которые зависят от множества факторов. Вот некоторые из этих факторов:
Многие белковые комплексы хорошо изучены, особенно в модельном организме. Saccharomyces cerevisiae (штамм дрожжей). Для этого относительно простого организма изучение белковых комплексов в настоящее время проводится в масштабе всего генома, и продолжается выяснение большинства белковых комплексов дрожжей. [ нужна цитата ]
Типы белковых комплексов
Облигатный против необлигатного белкового комплекса
Если белок может сам по себе образовывать стабильную хорошо сложенную структуру (без других связанных белков) in vivo, то комплексы, образованные такими белками, называют «необязательными белковыми комплексами». Однако нельзя обнаружить, что некоторые белки сами по себе создают стабильную хорошо сложенную структуру, но их можно найти как часть белкового комплекса, который стабилизирует составляющие белки. Такие белковые комплексы называют «облигатными белковыми комплексами». [4]
Переходный или постоянный / стабильный белковый комплекс
Временные белковые комплексы образуются и временно разрушаются in vivo, тогда как перманентные комплексы имеют относительно длительный период полураспада. Как правило, облигатные взаимодействия (белок-белковые взаимодействия в облигатном комплексе) являются постоянными, тогда как необязательные взаимодействия, как было установлено, являются постоянными или временными. [4] Обратите внимание, что нет четкого различия между облигатным и необязательным взаимодействием, скорее между ними существует континуум, который зависит от различных условий, например pH, концентрация белка и т. д. [5] Однако существуют важные различия между свойствами временных и постоянных / стабильных взаимодействий: стабильные взаимодействия высококонсервативны, но временные взаимодействия гораздо менее консервативны, взаимодействующие белки по обе стороны стабильного взаимодействия имеют большую тенденцию к совместной экспрессии, чем те временного взаимодействия (фактически, вероятность совместной экспрессии между двумя временно взаимодействующими белками не выше, чем двумя случайными белками), а временные взаимодействия гораздо менее локализованы вместе, чем стабильные взаимодействия. [6] Хотя временные по своей природе, временные взаимодействия очень важны для клеточной биологии: человеческий интерактом обогащен такими взаимодействиями, эти взаимодействия являются доминирующими участниками регуляции генов и передачи сигналов, а белки с внутренне неупорядоченные области (IDR: области в белке, которые показывают динамические взаимопревращающие структуры в нативном состоянии), как обнаружено, обогащены временными регуляторными и сигнальными взаимодействиями. [4]
Нечеткий комплекс
Нечеткие белковые комплексы имеют более одной структурной формы или динамического структурного беспорядка в связанном состоянии. [7] Это означает, что белки не могут полностью складываться ни в временные, ни в постоянные комплексы. Следовательно, определенные комплексы могут иметь неоднозначные взаимодействия, которые варьируются в зависимости от сигналов окружающей среды. Следовательно, разные ансамбли структур приводят к различным (даже противоположным) биологическим функциям. [8] Посттрансляционные модификации, белковые взаимодействия или альтернативный сплайсинг модулируют конформационные ансамбли нечетких комплексов, чтобы точно настроить сродство или специфичность взаимодействий. Эти механизмы часто используются для регулирования внутри эукариотическая транскрипция машины. [9]
Незаменимые белки в белковых комплексах
У людей гены, белковые продукты которых принадлежат к одному и тому же комплексу, с большей вероятностью приводят к одному и тому же фенотипу заболевания. [16] [17] [18]
Гомомультимерные и гетеромультимерные белки
Субъединицы мультимерного белка могут быть идентичными, как в гомомультимерном (гомоолигомерном) белке, или разными, как в гетеромультимерном белке. Многие растворимые и мембранные белки образуют гомомультимерные комплексы в клетке, большинство белков в клетке. Банк данных белков гомомультимерные. [19] Гомоолигомеры отвечают за разнообразие и специфичность многих путей, могут опосредовать и регулировать экспрессию генов, активность ферментов, ионных каналов, рецепторов и процессы клеточной адгезии.
В потенциалзависимые калиевые каналы В плазматической мембране нейрона находятся гетеромультимерные белки, состоящие из четырех из сорока известных альфа-субъединиц. Субъединицы должны принадлежать к одному подсемейству, чтобы сформировать мультимерный белковый канал. Третичная структура канала позволяет ионам проходить через гидрофобную плазматическую мембрану. Коннексоны являются примером гомомультимерного белка, состоящего из шести идентичных коннексины. Кластер коннексонов образует щелевое соединение в двух нейронах, передающих сигналы через электрический синапс.
Внутригенное дополнение
Определение структуры
сборка
Правильная сборка мультибелковых комплексов важна, так как неправильная сборка может привести к плачевным последствиям. [26] Чтобы изучить сборку пути, исследователи изучают промежуточные этапы пути. Одним из таких приемов, позволяющих это сделать, является электрораспылительная масс-спектрометрия, которые могут одновременно идентифицировать разные промежуточные состояния. Это привело к открытию, что большинство комплексов следует упорядоченному пути сборки. [27] В случаях, когда возможна неупорядоченная сборка, переход от упорядоченного состояния к неупорядоченному приводит к переходу от функции к дисфункции комплекса, поскольку неупорядоченная сборка приводит к агрегации. [28]
Структура белков играет роль в сборке мультибелкового комплекса. Интерфейсы между белками можно использовать для предсказания путей сборки. [27] Внутренняя гибкость белков также играет роль: более гибкие белки обеспечивают большую площадь поверхности, доступную для взаимодействия. [29]
Эволюционное значение сборки мультипротеинового комплекса
В гомомультимерных комплексах гомомерный белки собираются способом, имитирующим эволюцию. То есть промежуточное звено в процессе сборки присутствует в эволюционной истории комплекса. [30] Противоположный феномен наблюдается в гетеромультимерных комплексах, где слияние генов происходит таким образом, чтобы сохранить исходный путь сборки. [27]
Белковый комплекс
Многие белковые комплексы хорошо изучены, особенно в модельном организме Saccharomyces cerevisiae (штамм дрожжей). Для этого относительно простого организма исследование белковых комплексов в настоящее время проводится в масштабе всего генома, и продолжается выяснение большинства белковых комплексов дрожжей. [ необходима цитата ]
Облигатный против необлигатного белкового комплекса
Переходный или постоянный / стабильный белковый комплекс
Нечеткий комплекс
У людей гены, белковые продукты которых принадлежат одному и тому же комплексу, с большей вероятностью приводят к одному и тому же фенотипу заболевания. [16] [17] [18]
Субъединицы мультимерного белка могут быть идентичными, как в гомомультимерном (гомоолигомерном) белке, или разными, как в гетеромультимерном белке. Многие растворимые и мембранные белки образуют гомомультимерные комплексы в клетке, большинство белков в базе данных по белкам гомомультимерные. [19] Гомоолигомеры несут ответственность за разнообразие и специфичность многих путей, могут опосредовать и регулировать экспрессию генов, активность ферментов, ионных каналов, рецепторов и процессы клеточной адгезии.
Внутригенная комплементация
Структура белков играет роль в сборке мультибелкового комплекса. Интерфейсы между белками можно использовать для предсказания путей сборки. [27] Внутренняя гибкость белков также играет роль: более гибкие белки обеспечивают большую площадь поверхности, доступную для взаимодействия. [29]
Эволюционное значение сборки мультипротеинового комплекса
В гомомультимерными комплексах гомомерные белки собираются в пути этой эволюции в мнемосхемах. То есть промежуточное звено в процессе сборки присутствует в эволюционной истории комплекса. [30] Противоположный феномен наблюдается в гетеромультимерных комплексах, где слияние генов происходит таким образом, чтобы сохранить исходный путь сборки. [27]
Белковый комплекс
Многие белковые комплексы хорошо изучены, особенно в модельном организме Saccharomyces cerevisiae (штамм дрожжей). Для этого относительно простого организма исследование белковых комплексов в настоящее время проводится в масштабе всего генома, и продолжается выяснение большинства белковых комплексов дрожжей. [ необходима цитата ]
Облигатный против необлигатного белкового комплекса
Переходный или постоянный / стабильный белковый комплекс
Нечеткий комплекс
У людей гены, белковые продукты которых принадлежат одному и тому же комплексу, с большей вероятностью приводят к одному и тому же фенотипу заболевания. [16] [17] [18]
Субъединицы мультимерного белка могут быть идентичными, как в гомомультимерном (гомоолигомерном) белке, или разными, как в гетеромультимерном белке. Многие растворимые и мембранные белки образуют гомомультимерные комплексы в клетке, большинство белков в базе данных по белкам гомомультимерные. [19] Гомоолигомеры несут ответственность за разнообразие и специфичность многих путей, могут опосредовать и регулировать экспрессию генов, активность ферментов, ионных каналов, рецепторов и процессы клеточной адгезии.
Внутригенная комплементация
Структура белков играет роль в сборке мультибелкового комплекса. Интерфейсы между белками можно использовать для предсказания путей сборки. [27] Внутренняя гибкость белков также играет роль: более гибкие белки обеспечивают большую площадь поверхности, доступную для взаимодействия. [29]
Эволюционное значение сборки мультипротеинового комплекса
В гомомультимерными комплексах гомомерные белки собираются в пути этой эволюции в мнемосхемах. То есть промежуточное звено в процессе сборки присутствует в эволюционной истории комплекса. [30] Противоположный феномен наблюдается в гетеромультимерных комплексах, где слияние генов происходит таким образом, чтобы сохранить исходный путь сборки. [27]
Разбудили дьявола Как генная инженерия изменит наш мир до неузнаваемости
Кадр: фильм «Прометей»
Ученые возлагают большие надежды на технологию CRISPR/Cas9, которая позволяет с высокой точностью вносить изменения в геномы живых организмов, включая людей. Публикуются все новые научные статьи, описывающие различные разновидности CRISPR-систем, а также их модификации. «Лента.ру» рассказывает об открытиях в этой области, совершенных в 2016 году.
Тысячи их
CRISPR/Cas9 представляет собой систему адаптивного иммунитета бактерий, позволяющую микроорганизмам бороться с вирусами. Она состоит из спейсеров — участков ДНК, соответствующих определенным фрагментам (протоспейсерам) ДНК инфекционного агента. Спейсеры кодируют специфические молекулы crРНК, которые связываются с ферментом Cas9. Получившийся комплекс присоединяется к цепочке ДНК вируса, а Cas9 срабатывает как ножницы, перерезая ее.
На самом деле CRISPR/Cas9 — лишь одна из многих подобных систем, которыми располагают бактерии и археи. Ученые разделяют их на два класса. К первому классу относятся CRISPR-системы I, III и IV типов, ко второму — II и V. Тип II располагает белком Cas9, участвующим в приобретении новых спейсеров, накоплении crРНК в клетке и разрезании ДНК. В других системах для этих целей используются мультибелковые комплексы. Это делает тип II самым простым видом CRISPR-систем, подходящим для нужд генной инженерии.
Типы могут, в свою очередь, подразделяться на подтипы в зависимости от того, какие дополнительные гены связаны с CRISPR. Так, системы IIA содержат ген csn2, который кодирует белок, связывающийся с ДНК и участвующий в приобретении спейсеров. В системах IIB csn2 отсутствует, но зато есть ген cas4, чья функция пока неизвестна, а системы IIC не имеют ни csn2, ни cas4.
Сокровища внутри бактерий
Все известные CRISPR-системы обнаружены учеными в бактериях, выращенных в лабораторных условиях. Однако существует огромное количество некультивируемых микроорганизмов, к которым относятся как археи, так и бактерии. Они, как правило, обитают в экстремальных условиях — минеральных источниках или токсичных водоемах в заброшенных шахтах. Однако исследователи могут выделить из них ДНК и выявить в ней специфические участки. В новой работе, опубликованной в Nature 22 декабря, генетики из Калифорнийского университета в Беркли расшифровали геномы из естественных микробных сообществ, обнаружив другие разновидности CRISPR-системы.
Бактериофаг — вирус, заражающий бактерии
Изображение: Giovanni Cancemi / Depositphotos
Ученым удалось выяснить, что некоторые виды малоизученных археоподобных наноорганизмов ARMAN также обладают CRISPR/Cas9, хотя раньше считалось, что они есть только у бактерий. Отмечено, что эта система занимает промежуточное место между подтипами IIC и IIB и может служить защитой против паразитических «прыгающих» генов (транспозонов), попадающих в микроорганизм из других архей. Попытка воспроизвести активность архейной CRISPR/Cas9 в кишечной палочке (Escherichia coli) ни к чему не привела, что указывает на существование каких-то дополнительных специфичных механизмов, регулирующих систему.
Из бактерий, живущих в подземных водах и отложениях, были также выделены новые типы систем внутри второго класса — CRISPR/CasX и CRISPR/CasY. В систему CRISPR/CasX входят белки Cas1, Cas2, Cas4 и CasX. Последний, как показали эксперименты на E.coli, отличается нуклеазной активностью, то есть способен расщеплять чужеродную ДНК подобно Cas9. Однако происходит это только в том случае, если перед протоспейсерами находится последовательность TTCN, где N — любой из четырех нуклеотидов. Такие последовательности называются PAM (protospacer adjacent motif — мотив, смежный с протоспейсером). У системы CRISPR/Cas9 тоже есть своя PAM — NGG, которая должна располагаться после протоспейсера. Кроме того, CRISPR/CasY способна разрезать ДНК, если рядом с участком-мишенью имеется PAM-последовательность TA.
В чем перспективность этого открытия? Дело в том, что обнаруженные системы — самые компактные из известных на данный момент. По мнению ученых, небольшое количество необходимых для их работы белков делает CRISPR/CasX и CRISPR/CasY удобными инструментами для редактирования ДНК. Более того, метагеномные исследования, при которых изучается ДНК, полученная из окружающей среды, позволят открыть другие разновидности CRISPR-систем, полезные для генной инженерии.
Путь к совершенству
Конечно, поиску CRISPR-систем в природе есть альтернатива — усовершенствование уже существующей технологии CRISPR/Cas9. Несмотря на ее высокую точность, она совершает ошибки, разрезая ДНК не в том месте. Это мешает вносить правильные изменения в гены и, следовательно, эффективно лечить наследственные болезни. Поэтому ученые ищут способы улучшить работу системы. В 2016 году было выполнено много научных работ, посвященных модификации CRISPR и превращению ее в различные генные инструменты.
Белок Cas9 и crРНК — основные компоненты CRISPR-системы
Изображение: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT
Так, 8 декабря в журнале Cell опубликована статья ученых из Торонтского университета, создавших «анти-CRISPR» — систему, выключающую механизм при определенных условиях. Это позволяет подавлять активность Cas9, если направляющая РНК свяжется не с тем фрагментом, и предотвращать ошибки. «Анти-CRISPR» состоит из трех белков, ингибирующих нуклеазу. Естественно, изначально она была изобретена не учеными, а вирусами, которые таким образом обезвреживали иммунитет бактерий.
В июне американские исследователи вместе с коллегами из России подтвердили, что система CRISPR/C2c2, полученная из фузобактерии Leptotrichia shahii, способна разрезать одноцепочечную РНК. В результате систему CRISPR можно применять для нокаутирования — подавления функций — матричной РНК, которая переносит информацию от генов в рибосомы, где на ее основе синтезируются белки.
В мае специалисты Калифорнийского университета создали технологию CRISPR-EZ, позволяющую вставлять в геномы эмбрионов мышей новые молекулы ДНК с почти стопроцентным успехом. Систему CRISPR/Cas9 вносят в оплодотворенные яйцеклетки животных с помощью микроскопической иглы и крохотного электрического разряда. В своем эксперименте ученым удалось внести мутацию в ген у 88 процентов мышей. Это превышает количество генномодифицированных мышей, полученных с помощью метода CRISPR-редактирования, в котором используются обычные инъекции.
В апреле, применив мутантный вариант Cas9, у которого отсутствует нуклеазная активность, молекулярные биологи из Медицинской школы при Массачусетском университете разработали технологию CRISPRainbow. В направляющей РНК, указывающей, куда прикрепиться ферментам, содержались флуоресцентные метки, что позволяет, например, отслеживать перемещение мобильных генетических элементов.
Малярийный комар может стать первой жертвой CRISPR-систем
Дивный новый мир
Ученые уже применяют CRISPR-системы для создания генетически модифицированных организмов, например, малярийных комаров, распространяющих среди своих диких сородичей вредные гены. Этот метод называется генным драйвом. Если один из родителей особи был носителем мутантного гена, то он передаст его своему потомку с 50-процентной вероятностью. Так происходит потому, что у родителя есть две копии гена, и только одна из них дефектная. CRISPR способна скопировать мутантный фрагмент и вставить его в здоровый ген. В результате потомки получают мутацию со 100-процентной вероятностью.
В 2016 году эксперты Консультативного комитета по рекомбинантной ДНК (Recombinant DNA Advisory Committee, RAC) одобрили заявку Пенсильванского университета на проведение испытаний по генетической модификации человека с помощью технологии CRISPR/Cas9.
Однако их обогнали китайцы. В ноябре журнал Nature сообщил, что ученые КНР впервые ввели в человека клетки с генами, модифицированными системой CRISPR/Cas9. Исследователи извлекли иммунные клетки (T-лимфоциты) из крови пациента, пораженного метастазирующим раком легких, а затем использовали CRISPR–технологию для отключения гена, кодирующего белок PD-1. Последний, как было показано, подавляет иммунитет, способствуя росту опухоли. Ученые культивировали отредактированные клетки, увеличив их количество, а затем ввели их обратно в организм человека. Справится ли генная терапия с болезнью, пока неизвестно.
CRISPR-системы также могут применяться для борьбы с ВИЧ и наследственными заболеваниями человека. Однако для разработки эффективных методов лечения требуются дальнейшие исследования. Конечно, речь не идет о мутантах, как в фантастических фильмах, однако ученые смогут достаточно быстро создавать генетически модифицированные организмы, например сельскохозяйственные растения с устойчивостью к паразитам. Остается гадать, почему ученые, открывшие CRISPR и сообразившие, как ее можно использовать, до сих пор не получили Нобелевскую премию.