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A ferramenta nova da ADN-estaca podia avançar o gene que edita para tratamentos novos

O gene que edita para a revelação de tratamentos novos, e para estudar a doença assim como a função normal nos seres humanos e nos outros organismos, pode avançar mais rapidamente com uma nova ferramenta para cortar partes maiores de ADN fora do genoma de uma pilha, de acordo com um estudo novo por cientistas de Uc San Francisco.

A publicação do estudo de UCSF o 19 de outubro de 2020 nos métodos da natureza do jornal vem menos de duas semanas depois que dois pesquisadores que usaram primeiramente as tesouras genéticas conhecidas como CRISPR-Cas9 foram seleccionados receber o prémio nobel deste ano na química.

Embora empregado agora como uma ferramenta da pesquisa nos laboratórios em todo o mundo, CRISPR evoluiu eternidades há nas bactérias como meios lutar seus nêmesis antigos, um anfitrião inteiro dos vírus conhecidos como bacteriófagos.

Quando as bactérias encontram um fago, incorporam um bit do ADN viral em seu próprio ADN, e serve então como um molde para fazer o RNA que liga ao ADN viral correspondente no fago próprio. As enzimas de CRISPR então visam, desabilitam e matam o fago.

Em seu o trabalho o mais atrasado que explora esta raça de braços antiga e estranha, investigador principal Joseph Bondy-Denomy, PhD, professor adjunto no departamento de UCSF da microbiologia e imunologia, juntou-se a cientistas Bálint Csörg? , PhD, e Lina León para desenvolver e testar uma ferramenta nova de CRISPR.

O conjunto CRISPR-Cas9 já ilustre é como um formão molecular que possa ser usado extirpe a ràpida e precisamente um bit pequeno do ADN em um local visado.

Outros métodos podem então ser usados para introduzir o ADN novo. Mas o sistema CRISPR-Cas3 novo adaptado pelos cientistas de UCSF emprega um sistema imunitário bacteriano diferente. A enzima chave neste sistema, Cas3, actos mais como uma raspadora de madeira molecular para remover rapidamente e exactamente os estiramentos muito mais longos do ADN.

Cas3 é como Cas9 com um motor -- após ter encontrado seu alvo específico do ADN, é executado no ADN e mastiga-o acima como um Pac-Homem.”

Joseph Bondy-Denomy, PhD, investigador principal e professor adjunto, departamento da microbiologia e imunologia, Universidade da California - San Francisco

Esta capacidade nova para suprimir ou substituir de estiramentos longos do ADN permitirá pesquisadores de avaliar mais eficientemente a importância das regiões genomic que contêm seqüências do ADN da função indeterminada, de acordo com Bondy-Denomy, uma consideração importante em seres humanos compreensivos e os micróbios patogénicos que os flagelam.

“Previamente, havia não fácil e maneira segura de suprimir de regiões muito grandes de ADN nas bactérias para a pesquisa ou finalidades terapêuticas,” disse. “Agora, em vez de fazer a 100 supressões pequenos diferentes do ADN nós podemos apenas fazer um supressão e pedi-lo, “que mudou? “”

Porque as bactérias e outros tipos de pilhas são de uso geral produzir a molécula pequena ou fármacos proteína-baseados, CRISPR-Cas3 permitirá cientistas da indústria da biotecnologia a remove mais facilmente o ADN potencial patogénico ou inútil destas pilhas, de acordo com Bondy-Denomy.

As “grandes chacinas do ADN bacteriano são compreendidas deficientemente, com funções desconhecidas que não são em alguns casos necessárias para a sobrevivência,” Bondy-Denomy disseram. “Além, o ADN bacteriano contem os grandes estiramentos do ADN importados de outras fontes, que podem causar a doença no anfitrião humano da bactéria, ou desvia o metabolismo bacteriano.”

CRISPR-Cas3 igualmente deve igualmente permitir que os genes inteiros sejam introduzidos no genoma em industrial, agrícola ou mesmo em aplicações humanas da terapia genética, Bondy-Denomy disse.

Os pesquisadores de UCSF seleccionaram e alteraram CRISPR-Cas3 o sistema usado pelos pseudomonas da bactéria - aeruginosa, e demonstrado nesta espécie e em três outro, incluir as bactérias que causam a doença nos seres humanos e nas plantas, que sua versão mais compacta funciona bem para remover seleccionou o ADN em todas as quatro espécies.

Outros sistemas CRISPR-Cas3 foram feitos para trabalhar no ser humano e em outras pilhas mamíferas, e aquele igualmente deve ser realizável para o sistema alterado do aeruginosa do P., Bondy-Denomy disse.

Bondy-Denomy estuda uma escala das bactérias, do bacteriófago, e dos sistemas de CRISPR para aprender mais sobre como trabalham e para encontrar ferramentas moleculars úteis.

“CRISPR-Cas3 é por muito o sistema o mais comum de CRISPR na natureza,” disse. “Aproximadamente 10 vezes tantas como espécies bacterianas usam um sistema Cas3 como o uso um sistema Cas9. Pode-se ser que Cas3 seja um sistema imunitário bacteriano melhor porque ele o ADN do fago dos fragmentos.”

Ao contrário de Cas9, quando Cas3 liga a seu alvo preciso do ADN começa a mastigar acima uma costa do ADN dobro-encalhado em ambos os sentidos, saindo de uma única costa expor.

Os supressões obtidos nas experiências de UCSF variaram em tamanho, em muitos casos abranger tanto como como 100 genes bacterianos. O mecanismo CRISPR-Cas3 deve igualmente permitir uma substituição mais fácil de ADN suprimido com uma seqüência nova do ADN, pesquisadores encontrados.

Para o supressão do ADN e a edição no laboratório, sistemas do programa CRISPR dos cientistas para visar o ADN específico no genoma de um organismo do interesse usando alguma seqüência que do guia escolherem.

No estudo CRISPR-Cas3 novo, manipulando as seqüências do ADN fornecidas às bactérias reparando os supressões, os pesquisadores podiam ajustar precisamente os limites destes grandes reparos do ADN, algo que eram incapazes de realizar com CRISPR-Cas9.

Bondy-Denomy descobriu previamente as anti-CRISPR estratégias que o fago evoluiu para lutar para trás contra as bactérias, e estes puderam provar útil para parar o gene que edita as reacções conduzidas pelas enzimas do Cas usadas como a terapêutica humana antes que os efeitos secundários elevarem, ou em usar o fago para remover as bactérias indesejáveis que povoaram o intestino, disse.

Independentemente de Escherichia Coli e de um par outras espécies, é sabido relativamente pouco sobre os 1.000 ou as espécies tão bacterianas que residem normalmente lá.

do “os micróbios Não-modelo foram deixados pela maior parte atrás no mundo da genética, e há uma necessidade enorme para que as novas ferramentas estudem-nas,” disse.

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.