CRISPR-metode til betinget genregulering

Et team af ingeniører ved University of Delaware har udviklet en metode til at bruge CRISPR/Cas9 teknologi til at sætte gang i en kaskade af aktiviteter i celler, et fænomen kendt som betinget genregulering. Deres metode, beskrevet i journalen Naturens kemiske biologi , introducerer en ny funktionalitet til CRISPR, en af ​​nutidens mest omtalte teknologier.

Genredigering med CRISPR-teknologi er blevet kaldt "en af ​​årtiets største videnskabshistorier" for dens anvendelser til medicin, landbrug og meget mere. CRISPR giver forskere mulighed for præcist at målrette og redigere DNA i levende celler, som kunne hjælpe dem med at rette op på anomalier, der forårsager arvelige sygdomme. De første kliniske forsøg med mennesker er i gang i Kina.

Imidlertid, indtil nu, videnskabsmænd havde ikke fundet ud af, hvordan de skulle programmere deres CRISPR-systemer til at målrette DNA, mens de integrerede information fra de celler, de studerede.

På UD, Wilfred Chen, Gore professor i kemiteknik, og kandidatstuderende Ka-Hei Siu designede strukturer – døbt toehold-gated gRNA (thgRNA) – til målrettet genregulering i E. coli-bakterier.

Traditionelt, i CRISPR/Cas9 genom redigering, forskere bruger et enkeltstrenget stykke ribonukleinsyre (RNA) til at lede Cas9-enzymet til den deoxyribonukleinsyre (DNA), de ønsker at målrette mod. I stedet, Chen og Siu installerede en hårnålelignende struktur, der blokerer en del af RNA'et i at genkende DNA'et. Kun en lille del, kaldet tågrebet, er eksponeret og i stand til at binde til andet RNA. Så Chen, og Siu brugte RNA inde fra cellen som en trigger for at åbne deres blokeringsmekanisme, at aktivere Cas9-proteinet, så det derefter kunne binde og regulere DNA'et.

"Nøglen er, at vi ønskede at bruge nogle indfødte cellulær information, " sagde Chen. "Vi ønskede at være i stand til at bruge denne native cellulære respons som en måde at modulere CRISPR/Cas9-proteinfunktionerne og grundlæggende udvikle en kontrolleret mekanisme, så vi kunne modulere cellulære funktioner i overensstemmelse hermed."

Denne teknologi tilbyder en alsidig, "plug and play" design, der kunne bruges til at inducere genredigering og regulering i en række forskellige systemer, siger Chen.

"Bevæger sig fremad, ideen er at kunne bruge, helst på papir, enhver form for cellulært messenger-RNA som en aktiverings- eller deaktiveringsenhed, " sagde han. "Du kan forestille dig, at vi kan aktivere noget baseret på, om cellerne vokser på glukose eller sulter efter fosfat eller udsættes for høje temperaturer eller lave pH-forhold."