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L'outil neuf d'ADN-coupe a pu avancer la retouche de gène pour des demandes de règlement nouvelles

La retouche de gène pour le développement des demandes de règlement neuves, et pour étudier la maladie ainsi que le fonctionnement normal chez l'homme et d'autres organismes, peut avancer plus rapidement avec un outil neuf pour couper de plus grandes pièces d'ADN hors du génome des cellules, selon une étude neuve par des scientifiques d'Uc San Francisco.

La publication de l'étude d'UCSF le 19 octobre 2020 dans les méthodes de nature de tourillon vient moins de pendant deux semaines après que deux chercheurs qui ont utilisé la première fois les ciseaux génétiques connus sous le nom de CRISPR-Cas9 ont été sélectés recevoir le prix Nobel de cette année en chimie.

Cependant maintenant utilisé comme outil de recherches dans les laboratoires autour du monde, CRISPR a évolué il y a des éons dans les bactéries en tant que des moyens de combattre leurs Némésis antiques, une foule entière de virus connus sous le nom de bactériophages.

Quand les bactéries rencontrent un bactériophage, elles comportent un morceau de l'ADN viral à leur propre ADN, et il sert alors de matrice pour préparer l'ARN qui grippe à l'ADN viral correspondant dans le bactériophage lui-même. Les enzymes de CRISPR alors visent, désactivent et détruisent le bactériophage.

Dans le sien le dernier travail explorant cette course aux armements antique et étrange, investigateur principal Joseph Bondy-Denomy, PhD, professeur agrégé dans le service d'UCSF de la microbiologie et immunologie, a joint des scientifiques Bálint Csörg ? , PhD, et Lina León pour développer et vérifier un outil neuf de CRISPR.

L'ensemble CRISPR-Cas9 déjà illustre est comme un burin moléculaire qui peut être utilisé excisent à rapidement et avec précision un petit peu d'ADN à un site visé.

D'autres méthodes peuvent alors être employées pour insérer l'ADN neuf. Mais le système CRISPR-Cas3 neuf adapté par les scientifiques d'UCSF utilise un système immunitaire bactérien différent. L'enzyme principale dans ce système, Cas3, actes plutôt un burineur en bois moléculaire pour retirer des extensions beaucoup plus longues d'ADN rapidement et exactement.

Cas3 est comme Cas9 avec un moteur -- après conclusion de son objectif du détail ADN, il fonctionne sur l'ADN et le mâche comme un Pac-Homme. »

Joseph Bondy-Denomy, PhD, investigateur principal et professeur agrégé, service de la microbiologie et immunologie, Université de Californie - San Francisco

Cette capacité neuve pour effacer ou remonter de longues extensions d'ADN permettra à des chercheurs d'évaluer plus efficacement l'importance des régions génomique qui contiennent des séquences d'ADN de fonctionnement indéterminé, selon Bondy-Denomy, une considération importante dans les êtres humains de compréhension et les agents pathogènes qui les infestent.

« Précédemment, il n'y avait pas facile et voie fiable d'effacer des régions très grandes d'ADN dans les bactéries pour la recherche ou les buts thérapeutiques, » il a dit. « Maintenant, au lieu de nous effectuer à 100 petites omissions différentes d'ADN pouvons juste effectuer une omission et demander, « qu'a changé ? «  »

Puisque les bactéries et d'autres types de cellules sont utilisés généralement pour produire la petite molécule ou les pharmaceutiques à base de protéines, CRISPR-Cas3 activera des scientifiques d'industrie de biotechnologie à retire plus facilement l'ADN potentiellement pathogène ou inutile de ces cellules, selon Bondy-Denomy.

Les « grandes bandes d'ADN bactérien sont mal comprises, avec les fonctionnements inconnus qui ne sont pas dans certains cas nécessaires pour la survie, » Bondy-Denomy ont dit. « De plus, l'ADN bactérien contient de grandes extensions d'ADN importées d'autres sources, qui peuvent entraîner la maladie dans l'hôte humain de la bactérie, ou détourne le métabolisme bactérien. »

CRISPR-Cas3 devrait également également permettre aux gènes entiers d'être inséré dans le génome dans l'industriel, des instruments aratoires ou même dans des applications pour la thérapie génique humaines, Bondy-Denomy a dit.

Les chercheurs d'UCSF ont sélecté et ont modifié le système CRISPR-Cas3 employé par les pseudomonas aeruginosa de bactérie, et expliqué dans cette substance et dans trois autres, y compris les bactéries qui entraînent la maladie chez l'homme et des centrales, que leurs plus des fonctionnements de version de contrat bien à retirer ont sélecté l'ADN dans chacune des quatre substances.

D'autres systèmes CRISPR-Cas3 ont été faits fonctionner en être humain et d'autres cellules mammifères, et ce devrait également être réalisable pour le système modifié d'aeruginosa de P., Bondy-Denomy a dit.

Bondy-Denomy étudie une gamme des bactéries, du bactériophage, et des systèmes de CRISPR pour apprendre plus au sujet de la façon dont elles fonctionnent et pour trouver les outils moléculaires utiles.

« CRISPR-Cas3 est de loin le système de CRISPR le plus courant en nature, » il a dit. « Environ 10 fois autant de substances bactériennes emploient un système Cas3 comme utilisation un système Cas9. Il se peut que Cas3 soit un meilleur système immunitaire bactérien parce qu'il déchiquette l'ADN bactériophage. »

À la différence de Cas9, quand Cas3 grippe à son objectif précis d'ADN il commence à mâcher une boucle de l'ADN bicaténaire dans les deux sens, laissant une monocaténaire exposée.

Les omissions obtenues en expériences d'UCSF se sont échelonnées dans la taille, dans de nombreux cas entourer autant d'en tant que 100 gènes bactériens. Le mécanisme CRISPR-Cas3 devrait également tenir compte d'un remontage plus facile d'ADN effacé avec une séquence d'ADN neuve, les chercheurs trouvés.

Pour l'omission et la retouche d'ADN dans le laboratoire, systèmes du programme CRISPR de scientifiques pour viser le détail ADN dans le génome d'un organisme d'intérêt utilisant toute séquence de guide qu'ils choisissent.

Dans l'étude CRISPR-Cas3 neuve, en manipulant les séquences de l'ADN données aux bactéries pour réparer les omissions, les chercheurs pouvaient régler avec précision les limites de ces grandes réparations de l'ADN, quelque chose qu'ils ne pouvaient pas accomplir avec CRISPR-Cas9.

Bondy-Denomy a précédemment découvert les anti-CRISPR stratégies que le bactériophage a évolué pour lutter de retour contre des bactéries, et ceux-ci pourraient s'avérer utile pour arrêter les réactions de retouche de gène pilotées par des enzymes de Cas utilisées en tant que thérapeutique humaine avant que les effets secondaires surgissent, ou en employant le bactériophage pour retirer les bactéries non désirées qui ont peuplé l'intestin, il a dit.

Indépendamment d'Escherichia coli et de quelques autres substances, relativement peu est connu au sujet des 1.000 des substances environ bactériennes qui demeurent normalement là.

des « microbes de Non-modèle ont été en grande partie laissés dans le monde de génétique, et il y a un besoin énorme des outils neufs de les étudier, » il a dit.

Source:
Journal reference:

Csörgő, B., et al. (2020) A compact Cascade-Cas3 system for targeted genome engineering. Nature Methods. doi.org/10.1038/s41592-020-00980-w.