В исследовании, опубликованном в Клетке, Фэн Чжане и его коллегах в Широком Институте MIT и Гарварда и Институте Макговерна Мозгового Исследования в MIT, с соавторами, Юджин Кунин в Национальных Институтах Здоровья, Авив Регев из Широкого Института и Отдела MIT Биологии и Джона ван дер Уста в Вагенингенском университете, описывают неожиданные биологические особенности этой новой системы и демонстрируют, что это может быть спроектировано, чтобы отредактировать геномы клеток человека.«У этого есть драматический потенциал, чтобы продвинуть генную инженерию», сказал Эрик Ландер, директор Широкого Института и один из основных лидеров проекта генома человека. «Бумага не только показывает функцию ранее неохарактеризованной системы CRISPR, но также и показывает, что Cpf1 может использоваться для редактирования генома человека и имеет замечательные и мощные функции. Система Cpf1 представляет новое поколение технологии редактирования генома».Последовательности CRISPR были сначала описаны в 1987, и их естественная биологическая функция была первоначально описана в 2010 и 2011.
О применении системы CRISPR-Cas9 для редактирования генома млекопитающих сначала сообщил в 2013 Чжаном и отдельно Джордж Черч в Гарварде.В новом исследовании Чжан и его сотрудники перерыли сотни систем CRISPR в различных типах бактерий, ища ферменты с полезными свойствами, которые могли быть спроектированы для использования в клетках человека. Два многообещающих кандидата были ферментами Cpf1 от бактериальных разновидностей Acidaminococcus и Lachnospiraceae, которые тогда показали Чжан и его коллеги, может предназначаться для геномных мест в клетках человека.«Мы были взволнованы, чтобы обнаружить совершенно другие ферменты CRISPR, которые могут использоваться для продвигающегося исследования и здоровья человека», сказал Чжан.
Недавно описанная система Cpf1 отличается несколькими важными способами от ранее описанного Cas9 со значительными последствиями для исследования и терапии, а также для деловой и интеллектуальной собственности:Во-первых: В его естественной форме сокращающий ДНК фермент Cas9 формирует комплекс с двумя маленькими РНК, обе из которых требуются для сокращающейся деятельности. Система Cpf1 более проста в этом, требуется только единственная РНК, которую фермент Cpf1 также меньше, чем стандартный SpCas9, облегчая поставлять в клетки и ткани.Во-вторых, и возможно наиболее значительно: Cpf1 режет ДНК другим способом, чем Cas9.
Когда комплекс Cas9 режет ДНК, он сокращает оба берега в том же самом месте, оставляя ‘тупые концы’, которые часто подвергаются мутациям, поскольку они воссоединены. С комплексом Cpf1 сокращения двух берегов возмещены, оставив короткие выступы на выставленных концах.
Это, как ожидают, поможет с точной вставкой, позволяя исследователям объединить кусок ДНК более эффективно и точно.В-третьих: Cpf1 сокращается далеко от места признания, означая, что, даже если целенаправленный ген становится видоизмененным на месте сокращения, это может, вероятно, все еще быть повторно сокращено, позволив многократные возможности для правильного редактирования произойти.В-четвертых: система Cpf1 обеспечивает новую гибкость в выборе целевых мест. Как Cas9, комплекс Cpf1 должен сначала быть свойственен короткой последовательности, известной как PAM, и цели должны быть выбраны, которые смежны с естественными последовательностями PAM.
Комплекс Cpf1 признает совсем другие последовательности PAM от тех из Cas9. Это могло быть преимуществом в планировании для некоторых геномов, такой как у паразита малярии, а также в людях.«Неожиданные свойства Cpf1 и более точного редактирования открывают дверь во все виды заявлений, включая в исследованиях рака», сказал Леви Гаррэуэй, член института Широкого Института, и вступительный директор Совместного Центра Медицины Точности Рака в Онкологическом институте Даны-Фарбера, Бригаме и Женской Больнице и Широком Институте.
Гаррэуэй не был вовлечен в исследование.Чжан, Широкий Институт и MIT планируют разделить систему Cpf1 широко.
Как с ранее инструментами Cas9, эти группы сделают эту технологию в свободном доступе для научного исследования через страницу лаборатории Чжана на веб-сайте разделения плазмиды Addgene, через который лаборатория Чжана уже разделила реактивы Cas9 больше чем 23 000 раз исследователям во всем мире, чтобы ускорить исследование. Лаборатория Чжана также предлагает бесплатные онлайн инструменты и ресурсы для исследователей через ее веб-сайт, http://www.genome-engineering.org.Широкий Институт и MIT планируют предложить неисключительные лицензии, чтобы позволить коммерческому инструменту и поставщикам услуг добавить этот фермент к их трубопроводу CRISPR и услугам, далее гарантирующая доступность этого нового фермента уполномочить исследование. Эти группы планируют предложить лицензии, которые лучше всего поддерживают быстрое и безопасное развитие для соответствующего и важного терапевтического использования. «Мы стремимся делать технологию CRISPR-Cpf1 широко доступной», сказал Чжан.
«Наша цель состоит в том, чтобы разработать инструменты, которые могут ускорить исследование и в конечном счете привести к новым терапевтическим применениям. Мы видим намного больше, чтобы прибыть, даже вне Cpf1 и Cas9, с другими ферментами, которые могут повторно ставиться целью для дальнейших достижений редактирования генома».