Учeныe придумaли, кaк испoльзoвaть систeму CRISPR-Cas в целях тoгo, чтoбы заставлять клетки последовательно записывать в   собственный геном «историю» биологических сигналов. Сие позволит отслеживать, например, изменения в   метаболизме и   уровне экспрессии генов, а   также отличать клеточные линии по характеру проходящих в   них биохимических процессов. Исследование опубликовано в   журнале Science.

Прием CRISPR-Cas широко используется сейчас для геномного редактирования , но   в   природе симпатия нужна бактериям, в   частности, для того, чтобы бороться с   чужеродным (например, вирусным) генетическим материалом. Способ обладает способностью «вписывать» в   собственный геном кусочки чужеродной ДНК, чтобы через некоторое время, пользуясь этими записями, как шаблонами, находить такую ДНК в   цитоплазме и   взрезывать   ее, борясь таким образом с   патогенами. Участки-шаблоны называются «спейсерами», и располагаются они в   строго очередном порядке   — новые спейсеры всегда добавляются в   CRISPR-кассету в   геноме с   одного и   того но   конца.

Ученые воспользовались этой особенностью CRISPR-системы и   разработали технологию, которую назвали TRACE (ото   английского слова «отслеживать»; аббревиатура расшифровывается как «Temporal Recording in Arrays by   CRISPR Expansion»). Методика основана на   следующем принципе: небольшие участки ДНК, которые называются триггерными спейсерами, «записываются» в CRISPR-кассету подо воздействием определенных сигналов, а   когда сигналов нет, вместо этого туда записываются обычные, «референсные» спейсеры в   привычном для того клетке темпе. После этого, прочтя кассету, можно детектировать, когда и что за именно спейсер в   нее встроился, и   понять таким образом, какие изменения происходили в   клетке с   течением времени.

Концептуальное изображение системы еженедельник TRACE CRISPR. Ravi   Sheth

Триггерные спейсеры появляются в   клетке за   счет специальных искусственных плазмид (кольцевых молекул ДНК, несущих малость генов, которые могут самостоятельно реплицироваться). Они были сконструированы таким образом, чисто при повышении уровня заданной сигнальной молекулы (изначально это был ИПТГ, изопропил-β-D-1-тиогалактопиранозид) в   среде у   них повышалась ясность белка, ответственного за   репликацию плазмиды, что, в   свою очередь, существенно увеличивало количество плазмид сего типа в   клетке. Убедившись, что эта система работает, ученые также сделали оставшиеся плазмиды, с   генами, кодирующими белки Cas1 и   Cas2. Эти белки ответственны за   встраивание новых спейсеров в   CRISPR. Образность этих генов также контролировалась с   помощью определенных сигнальных молекул (ангидротетрациклина). Включение экспрессии генов второго в виде плазмид (то   есть синтез Cas1 и   Cas2) обуславливало успешное встраивание в CRISPR-кассеты значимого количество спейсеров из   плазмид первого подобно, которых в   клетке при активации ИПТГ становилось очень   много.

Спейсеры встраивались в   кассеты с   разной скоростью, и   ради учета этих различий ученые создали аналитическую модель, позволяющей рассчитать вероятность встраивания тех или иных спейсеров в   определенные позиции при возникновении или отсутствии сигнала. Протестировав технологию получи и распишись   кишечных палочках (Escherichia coli), они убедились, что система TRACE позволяет успешно проверять добавление и   исключение ИПТГ во   времени. После этого они расширили проба, заставив систему в   трех разных типах клеток реагировать на   три отличаются как небо и земля типа биологических сигналов в   течение трех дней. В   качестве сигналов использовали блистр, трегалозу и   фукозу, которые появлялись в   среде в   разное время в разном порядке. Способ буквально записывала соответствующую последовательность в   CRISPR и   потом эту запись можно было разгадать с   помощью секвенирования и   расшифровать, пользуясь аналитической моделью.

Последовательная запись трех типов сигналов. Ravi U. Sheth et al / Science,   2017

Ученые считают, что-то новая система, последовательно записывающая происходящее в   клетке, может быть использована интересах временной оценки изменения экспрессии генов и   метаболических процессов, в   том числе в   средах, в   которых зазорно отслеживать эти процессы иным образом   — например, в   микробиомах кишечника животных или в   морских сообществах бактерий. Темп записи можно будет также редактировать с   помощью изменения работы белков Cas   — ученые собираются впоследствии совершенствовать систему, делая ее   более точной и   чувствительной. Добившись определенной степени чувствительности, только и можно будет записывать изменения даже внутри отдельных клеток, полагают   они.

А о редактировании всех точечных мутаций с через CRIPSR, но без разрезания двойной цепи ДНК, вы можете изложить   здесь.

Автор: Анна Казнадзей