Hvordan molekylær saks klipper på det rigtige sted

En forskergruppe ved Uppsala Universitet har fundet ud af, hvordan CRISPR-Cas9 – også kendt som 'molekylær saks' – kan søge i genomet efter en specifik DNA-sekvens. Cas9 har allerede mange anvendelsesmuligheder inden for bioteknologi og forventes også at revolutionere medicin. De nye forskningsresultater viser, hvordan Cas9 kan forbedres for at gøre molekylsaksen hurtigere og mere pålidelig. Undersøgelsen bliver offentliggjort i Videnskab .

På mindre end et årti CRISPR-Cas9 har revolutioneret den biologiske forskning. Cas9 gør det muligt, til specifikke formål, at rette eller modificere ('redigere') i det væsentlige enhver DNA-sekvens. Håbet er, at den genetiske saks også vil gøre det muligt at helbrede og forebygge genetiske sygdomme.

Det spændende ved Cas9 er, at molekylet kan programmeres med et stykke kunstig genetisk kode, som så kan fås til at opsøge den tilsvarende sekvens i genomet. En forskergruppe ved Uppsala Universitet har nu opdaget, hvordan Cas9 finder den rigtige rækkefølge.

'De fleste proteiner, der søger efter DNA-kode, kan genkende én specifik sekvens blot ved at fornemme ydersiden af ​​DNA-dobbelthelixen. Cas9 kan søge efter en vilkårlig kode, men for at afgøre, om det er på det rigtige sted, skal molekylet åbne den dobbelte DNA-helix og sammenligne sekvensen med den programmerede kode. Det utrolige er, at det stadig kan søge i hele genomet uden at bruge energi, siger Johan Elf, hvem der står for undersøgelsen.

Forskerne har udviklet to nye metoder til at måle, hvor lang tid det tager Cas9 at finde sin målsekvens. Den første metode viste, at det tager så lang tid som seks timer for Cas9 at søge efter en bakterie, dvs. gennem fire millioner basepar. Dette noget usandsynlige resultat kunne også verificeres ved hjælp af den anden, selvstændig teknik. Den fundne tid stemmer også overens med antallet af millisekunder, som Cas9 har til rådighed til at teste hver position, som forskerne kunne måle ved at følge mærkede Cas9-molekyler i realtid.

'Resultaterne viser, at prisen Cas9 betaler for sin fleksibilitet er tid. For at finde målet hurtigere, Der er brug for flere Cas9-molekyler, der søger efter den samme DNA-sekvens, siger Johan Elf.

De meget høje koncentrationer af Cas9, som er nødvendige for at finde den rigtige sekvens inden for en rimelig tidsramme, kan give alvorlige problemer for de celler, som forskere forsøger at veksle. Men da arten af ​​søgeprocessen nu er forstået, et vigtigt fingerpeg om, hvordan systemet kan forbedres, er fundet. Ved at ofre en del af Cas9s fleksibilitet, det ville være muligt at designe genetiske sakse, der stadig er tilstrækkeligt alsidige til at redigere forskellige gener, men samtidig hurtige nok til at være medicinsk anvendelige.

'Resultaterne har givet os fingerpeg om, hvordan vi kan opnå den slags løsning, siger Elf. 'Nøglen ligger i det, der er kendt som "PAM-sekvenserne", som bestemmer hvor og hvor ofte Cas9 åbner DNA-dobbelthelixen. Molekylær sakse, der ikke behøver at åbne helixen så mange gange for at finde deres mål, er ikke kun hurtigere, men vil også reducere risikoen for bivirkninger."