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Il nuovo strumento di DNA-taglio ha potuto avanzare il gene che modifica per i trattamenti novelli

Il gene che modifica per lo sviluppo di nuovi trattamenti e per lo studio la malattia come pure della funzione normale in esseri umani ed in altri organismi, può avanzare più rapidamente con un nuovo strumento per il taglio dei pezzi più grandi di DNA dal genoma delle cellule, secondo un nuovo studio dagli scienziati di Uc San Francisco.

La pubblicazione dello studio di UCSF il 19 ottobre 2020 nei metodi della natura del giornale viene meno di due settimane dopo che due ricercatori che in primo luogo hanno usato le forbici genetiche conosciute come CRISPR-Cas9 sono stati selezionati ricevere il premio Nobel di quest'anno in chimica.

Comunque ora impiegato come strumento della ricerca in laboratori intorno al mondo, CRISPR si è evoluto gli eoni fa in batteri come mezzi per combattere i loro nemesi antichi, un'intera miriade di virus conosciuti come i batteriofagi.

Quando i batteri incontrano un fago, comprendono un bit del DNA virale nel loro proprio DNA e poi servisce da modello preparare il RNA che lega al DNA virale corrispondente nel fago stesso. Gli enzimi di CRISPR poi mirano, rendono non valido ed uccidono al fago.

In suo l'ultimo lavoro che esplora questa corsa agli'armamenti antica e sconosciuta, il ricercatore principale Joseph Bondy-Denomy, il PhD, professore associato nel dipartimento di UCSF di microbiologia e l'immunologia, ha unito gli scienziati Bálint Csörg? , PhD e Lina León per mettere a punto e sperimentare un nuovo strumento di CRISPR.

L'insieme già rinomato CRISPR-Cas9 è come uno scalpello molecolare che può essere utilizzato a rapido e precisamente asporta un po'di DNA ad un sito mirato a.

Altri metodi possono poi essere usati per inserire il nuovo DNA. Ma il nuovo sistema CRISPR-Cas3 adattato dagli scienziati di UCSF impiega un sistema immunitario batterico differente. L'enzima chiave in questo sistema, Cas3, atti più simile ad uno sfibratore di legno molecolare per eliminare rapidamente ed esattamente gli allungamenti molto più lunghi di DNA.

Cas3 è come Cas9 con un motore -- dopo l'individuazione del suo obiettivo specifico del DNA, funziona su DNA e lo mastica su come un Pac-Uomo.„

Joseph Bondy-Denomy, PhD, ricercatore principale e professore associato, dipartimento di microbiologia ed immunologia, università di California - San Francisco

Questa nuova capacità per cancellare o sostituire gli allungamenti lunghi di DNA permetterà ai ricercatori di valutare efficientemente l'importanza delle regioni genomiche che contengono le sequenze del DNA della funzione indeterminata, secondo Bondy-Denomy, una considerazione importante in esseri umani di comprensione e gli agenti patogeni che li contagiano.

“Precedentemente, c'era non facile e modo affidabile cancellare le regioni molto grandi di DNA in batteri per ricerca o scopi terapeutici,„ ha detto. “Ora, invece di rendere a 100 piccole eliminazioni differenti del DNA possiamo fare un'eliminazione e chiedere appena, “che cosa è cambiato? “„

Poiché i batteri ed altri tipi di celle sono comunemente usati produrre la piccola molecola o i prodotti farmaceutici a base di proteine, CRISPR-Cas3 permetterà agli scienziati dell'industria di biotecnologia a più facilmente elimina il DNA potenzialmente patogeno o inutile da queste celle, secondo Bondy-Denomy.

“Le grandi falciate di DNA batterico sono capite male, con le funzioni sconosciute che non sono necessarie in alcuni casi per la sopravvivenza,„ Bondy-Denomy hanno detto. “Inoltre, il DNA batterico contiene i grandi allungamenti di DNA inclusi da altre sorgenti, che possono causare la malattia nel host umano del batterio, o devia il metabolismo batterico.„

CRISPR-Cas3 anche dovrebbe anche permettere che gli interi geni siano inseriti nel genoma nell'industriale, agricolo o persino nelle applicazioni umane di terapia genica, Bondy-Denomy ha detto.

I ricercatori di UCSF hanno selezionato e modificato il sistema CRISPR-Cas3 usato da Pseudomonas aeruginosa del batterio e dimostrato in questo le specie ed in tre altri, compreso i batteri che causano la malattia in esseri umani ed in impianti, che la loro versione più compatta funziona bene per eliminare ha selezionato il DNA in tutte e quattro le specie.

Altri sistemi CRISPR-Cas3 sono stati fatti funzionare in essere umano ed altre cellule di mammiferi e quello anche dovrebbe essere realizzabile per il sistema modificato di aeruginosa del P., Bondy-Denomy ha detto.

Bondy-Denomy studia un intervallo dei batteri, del batteriofago e dei sistemi di CRISPR per imparare più circa come funzionano e per trovare gli strumenti molecolari utili.

“CRISPR-Cas3 è di gran lunga il sistema di CRISPR più comune in natura,„ ha detto. “Circa 10 volte altrettante specie batteriche usano un sistema Cas3 come uso un sistema Cas9. Può essere che Cas3 sia un migliore sistema immunitario batterico perché tagliuzza il DNA dei fagi.„

A differenza di Cas9, quando Cas3 lega al suo obiettivo preciso del DNA comincia a sgranocchiare un filo del DNA a doppia elica in entrambe le direzioni, lasciante un singolo filo esposto.

Le eliminazioni ottenute in esperimenti di UCSF hanno variato nella dimensione, in molti casi comprendere altrettanta come 100 geni batterici. Il meccanismo CRISPR-Cas3 dovrebbe anche tenere conto la sostituzione più facile di DNA cancellato con una nuova sequenza del DNA, i ricercatori trovati.

Per eliminazione del DNA e modificare in laboratorio, sistemi di programma CRISPR degli scienziati per mirare al DNA specifico nel genoma di un organismo di interesse facendo uso di qualsiasi sequenza che della guida scelgono.

Nel nuovo studio CRISPR-Cas3, manipolando le sequenze di DNA fornite ai batteri per la riparazione delle eliminazioni, i ricercatori potevano fissare precisamente i limiti di queste grandi riparazioni del DNA, qualcosa che non potessero compire con CRISPR-Cas9.

Bondy-Denomy precedentemente ha scoperto le strategie anti--CRISPR che il fago si è evoluto per combattere indietro contro i batteri e questi potrebbero risultare utile per la fermata del gene che modifica le reazioni determinate dagli enzimi di Cas usati come terapeutica umana prima che gli effetti secondari sorgessero, o nel usando fago per eliminare i batteri indesiderati che hanno popolato l'intestino, ha detto.

Oltre ad Escherichia coli ed a una coppia di altre specie, relativamente poco è conosciuto circa i 1.000 le specie circa batteriche che risiedono normalmente là.

“i microbi del Non modello in gran parte sono stati lasciati nel mondo della genetica e c'è una necessità enorme per i nuovi strumenti di studiarli,„ ha detto.

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.