Strumentazione CRISPR imparato tre nuovi trucchi

CRISPR, supereroe modifica dei geni, è diventato un po ' più potente. La scorsa settimana su Science è stato pubblicato tre studi, in cui il laboratorio provenienti da tutto il mondo hanno presentato le ultime novità per questa tecnica, trasformando l'editor dei geni in detective virus o paterno storico, che racconta tutta la storia delle cellule del DNA. Come CRISPR, queste nuove tecnologie hanno avuto divertenti sigle: CAMERA, DETECTR e SHERLOCK. Un improvviso scoppio di applicazioni CRISPR mostra chiaramente che gli scienziati hanno studiato non tutti i potenziali applicazioni di questa tecnologia.

Per trasformare CRISPR in un multitool, gli scienziati hanno dovuto infilare l'ago da: CAMERA, cellulare registratore utilizza l'anello di DNA per leggere la storia delle cellule – ad esempio, per conoscere antibiotici o tossine.

SHERLOCK, al contrario, viene aggiunto «sacrificali» molecole di RNA che sono tagliati in presenza del DNA del virus del cancro o per chiamare un segnale positivo. Si manifesta sotto forma di linea blu su una striscia di carta, come in un test di gravidanza.

«Tutto questo dimostra estremamente modi creativi, a cui hanno fatto ricorso le persone, per far funzionare scoperte nel campo CRISPR e creare queste sintetiche strada», dice il dottor Dave Savage, proteine ingegnere dell'università della California a Berkeley, non era stato coinvolto nella ricerca.

Cellulare registratore

Scatole Nere dell'aereo sono una risorsa preziosa per gli investigatori, quando il volo va storto. Allo stesso modo, gli scienziati hanno a lungo sperato di inventare cellulare macchina del tempo, che documenta gli eventi nella vita di una cellula – dosi di radiazioni, esplosioni di farmaci, attacchi interna agitazione, che porta ad un deterioramento della salute delle cellule.

Che cosa può essere meglio di esplorare la storia delle cellule nel DNA?

Il Dottor David Liu dell'università di Harvard ha approfittato capacità CRISPR esattamente tagliare il DNA e sviluppato «molecolare storico» di nome CAMERA (CRISPR-mediated analogue multi-event recording apparatus).

Ecco come funziona. Per cominciare, gli scienziati modificano la guida CRISPR molecola – «la guida» di RNA in cellule di batteri, per lei è scattato solo dopo la discesa del grilletto: diciamo che l'immissione di un antibiotico o un altro attacco chimico. Dopo l'attivazione guida RNA visualizza Cas9, forbici CRISPR, nella posizione di destinazione. Senza la guida di RNA non sarà di taglio.

Oltre A retrofit sistema CRISPR il team ha anche dato le cellule due chili in un pezzo di DNA, codificati nella circolare di DNA chiamato plasmide. Di solito gabbia экспрессирует due plasmidi con velocità costante. Ma una volta attivato guida RNA, lei (e Cas9) va a uno dei plasmidi e mangia il suo, lasciando l'altro intatto.

Quindi, gli scienziati possono facilmente misurare il rapporto tra i due plasmidi. Facendo uso di questo sistema, gli scienziati sono riusciti a scoprire è se la cella è esposta a tetraciclina, un noto antibiotico.

Questo è il primo sistema ha funzionato solo con le cellule batteriche. Liu e la sua squadra quindi sviluppato secondo la metodologia CAMERA, che utilizza modificato Cas9. Invece di tagliare il gene bersaglio, queste forbici trovano una lettera specifica di DNA e variano su un altro.

Come prima, il sistema si attiva solo in risposta a determinati segnali – farmaci, nutrienti, luce o anche le molecole di segnalazione delle cellule, come quelle che sono associati con il cancro. Registratore non registra solo la presenza del segnale; leggendo la quota di lettere di DNA, che sono stati la sostituzione, la squadra può anche determinare la durata e la forza.

A differenza di cellulari registratori di precedente generazione, il sistema di Liu высокочувствительна e richiede solo una dozzina di cellule per generare un segnale forte. SCRIBE, simile registratore, sviluppato dal dr. Timothy Lu al MIT nel 2014, richiede un «ordine» più celle, per estrarre abbastanza segnale debole.

CAMERA ha altre funzioni utili. Lo strumento può, ad esempio, di registrare più segnali contemporaneamente. I dati possono anche cancellare, facendo uso di farmaci, che restituiscono il rapporto di plasmidi al livello originale.

Lu impressionato. Il nuovo lavoro, secondo lui, «davvero bella» e «importante». Anche se qualsiasi applicazione medica richiederanno un lungo viaggio, questo sistema può aiutare a identificare i contaminanti ambientali o tenere traccia di alcuni segnali molecolari che trasformano le cellule staminali in neuroni, muscoli o altri tipi di cellule.

Cacciatori di virus

Altri Due studi dedicati a trasformare CRISPR in sensibile strumento diagnostico.

DETECTR utilizza il vantaggio è meno famoso del collega Cas9 – Cas12.

Come e Cas9, Cas12 segue la guida di RNA in obiettivo e taglia. Ma questo lavoro di forbici non si ferma. Il gruppo, sotto la guida di Jennifer Дудны, uno degli inventori CRISPR presso l'università della California di Berkeley, improvvisamente scoperto che Cas12 rimane attivo dopo il taglio obiettivi – ha immediatamente comincia a caccia di одноцепочечными le molecole di DNA, cercando di distruggerli.

Guardando questa curiosa attività, gli scienziati hanno deciso di aggiungere molecolari neon segnali guida di RNA, per lei brillavano colore verde brillante dopo l'attivazione Cas12.

Per dimostrare il concetto, gli scienziati hanno inventato una serie di guide di RNA, che sono legati a diversi ceppi di virus del papilloma umano (HPV), alcuni dei quali causano il cancro cervicale. Il sistema DETECTR ha dimostrato di essere in grado di isolare due particolarmente pericolosi ceppo HPV in brodo di diversi virusceppi.

«Questa proteina funziona come un affidabile strumento di rilevazione di DNA provenienti da fonti diverse», dice l'autore dello studio Janice Chen. «Vogliamo spingere i limiti della tecnologia, che ha il potenziale applicazione in qualsiasi diagnostica situazione, dove c'è una componente di DNA, tra cui il cancro e le malattie infettive».

Il Rovescio? Voracità Cas12 può limitare il suo utilizzo per il trattamento di malattie genetiche negli esseri umani. Startup Editas già ha conceduto una licenza Cas12 per un ulteriore sviluppo, e il nuovo lavoro di scienziati può interferire con i suoi piani ambiziosi.

Tuttavia alleviamento Cas12 con conti è ancora troppo presto. Mentre il DNA umano svolto in одноцепочечную DNA (e diventa un bersaglio Cas12), questo enzima è principalmente associato con il DNA genomico. Questo limita la sua capacità di cacciare i potenziali catena singola vittima, spiega il dottor Feng Чжн dal Broad Institute, che ha scritto un lavoro su SHERLOCK.

SHERLOCK, basato sul sistema, sviluppato per la prima volta nel 2017, – Specific High Sensitivity Reporter unlocking – usa Cas13 come strumento di taglio. Il Cas13 anche la modalità furia, che si immerge dopo la distruzione di un obiettivo iniziale.

Nel caso di SHERLOCK Zhang e colleghi hanno aggiunto «sacrificali» molecole di RNA, che creano allarme dopo la scissione. In presenza di un virus a DNA o RNA, ad esempio, Zeke, l'Ebola o il virus della febbre dengue – Cas13 morde virale bersaglio e sacrificale di RNA, liberando tuttavia un segnale positivo.

SHERLOCK 2.0, che è stato descritto su Science la scorsa settimana, a 100 volte più sensibile di originale e in grado di rilevare fino a quattro diversi obiettivi contemporaneamente.

È anche molto pratico da usare sul campo: tutti i reagenti sono in striscia di carta, che si tuffa in un campione di prova. Se appare una barra, un test positivo – nessuna costosi strumenti non è più necessario.

Come e DETECTR, si rende SHERLOCK particolarmente utile durante le epidemie. La tecnologia può essere facilmente modificato per tenere traccia di altre molecole di DNA nel sangue, per esempio, che sono di solito associati con il cancro o стареющими cellule.

Insieme gli studi confermano la crescente tendenza di ricerca studio di applicazioni CRISPR al di fuori della terapia genica. Rispetto alla terapia a base di CRISPR, che richiede molti anni di attenta verifica di efficacia e della sicurezza, questi «alternativi» metodi possono tranquillamente entrare in scientifico e diagnostico flusso molto più veloce.

Anche se i nuovi trucchi CRISPR richiedono il test, gli esperti sono ottimisti.