Ученые нашли новый инструмент редактирования генов, который способен менять ДНК в митохондриях (отмечены красным на фото). Раньше редакторы могли влиять только на ДНК в ядрах клеток (отмечены синим на фото).

Митохондрии и ядра клеток

Белки, выделяемые бактериями для уничтожения микробов, были изменены для корректировки ДНК, недоступной для других генных редакторов. Это позволит устранять нежелательные мутации в митохондриях. Данные органеллы наследуются от матери, но имеют свою собственную ДНК, отличную от генетической информации родителей, которая хранится в ядре клетки.

Мутации в митохондриальной ДНК вызывают более 150 различных синдромов, которые наблюдаются у новорожденных. От этих болезней не существует лекарств, а единственным способом предотвратить наследование нежелательных генов служит спорный метод «с тремя родителями» — экстракорпоральное оплодотворение с привлечением донорской яйцеклетки, ДНК которой дополняет генетическую информацию родителей.

Лекарством от генетических заболеваний может стать редактирование генов — метод внесения изменений непосредственно в ДНК. Но работать нужно не только с ДНК в ядрах, чему люди уже научились, но и в митохондриях.

Токсин, выделяемый бактериями Burkholderia cenocepacia, вдруг оказался прекрасным решением проблемы. На его основе был создан дружественный к митохондриям редактор. Маркос де Мораес, микробиолог из Вашингтонского университета в Сиэтле, пришел к выводу, что токсин убивает бактерии, разрушая их ДНК. Но он долго не мог понять суть процесса, пока во время одного ночного эксперимента не выяснил, что токсин вносил изменения в двухцепочечную ДНК, а не в одноцепочечную.

Разница кажется незначительной, но она имеет серьезные последствия. До настоящего времени базовые редакторы использовали белки, такие как Cas9, чтобы разделить ДНК на отдельные нити, прежде чем начать вносить в них изменения. Но фрагменты РНК, необходимые для функционирования данных белков, не способны проникать в митохондрии. А базовый редактор на основе токсина B. cenocepacia может.

Но новый цитозин-превращающий фермент оказался смертелен для клеток млекопитающих. Первым шагом в деле «приручения зверя» стала модификация токсина, чтобы он не уничтожал двухцепочечную ДНК. Исследователи разделили белок на нетоксичные составляющие, которые меняли цитозин на тимин только тогда, когда объединялись на одном и том же участке ДНК.

С помощью же белков TALE нетоксичные фрагменты стало возможным нацеливать на определенные участки ДНК. В ходе экспериментов редактор митохондрий успешно преобразовал цитозин в тимин в нужных местах ДНК с эффективностью от 5% до 49%.