Новые разработчики из Америки создали бесплатный инструмент для проведения генетической модификации растений с помощью CRISPR/Cas.
Генетическая модификация растений, в том числе сельскохозяйственных, получила широкое распространение. Ее применяют для изменения свойств плодов, увеличения урожайности и повышения устойчивости к неблагоприятным условиям. В процессе модификации ключевую роль играет технология CRISPR/Cas.
CRISPR/Cas — основной инструмент для редактирования генов в современной генной инженерии. С помощью этой технологии можно извлекать фрагменты ДНК и заменять их другими, несущими нужный ген. Белок Cas вырезает цель, которая определяется направляющей РНК.
В теории всё просто, но на практике существует риск неспецифического редактирования ДНК (не только там, где это предполагалось), а также нарушение последовательности кодирующих генов. Это происходит из-за того, что гРНК может быть комплементарна нескольким участкам ДНК. Усложняется всё в случае многих сельскохозяйственных культур из-за сложности и… полиплоидности их геномов.
В Центре передовых инноваций в области биоэнергетики и биопродуктов (CABBI) занялись адаптацией технологии CRISPR/Cas для геномов растений. Разработанный инструмент CROPSR — первый программный инструмент с открытым исходным кодом для полногеномного проектирования и оценки последовательностей гРНК для экспериментов CRISPR/Cas. Результаты работы… опубликованы в журнале BMC Bioinformatics.
CROPSR даёт научному сообществу новые методы и способ проведения экспериментов с нокаутом CRISPR/Cas9, — говорит разработчик CROPSR, ведущий автор исследования и аспирант по молекулярной биологии Ханс Мюллер Пауль. Hans Müller PaulМы верим, что новая программа ускорит исследования и уменьшит число нерезультативных опытов.
Существующие программные инструменты для разработки и оценки эффективности экспериментов CRISPR базируются на редактировании геномов бактерий и млекопитающих, что не совсем подходит для полиплоидных геномов сельскохозяйственных культур с кратным набором хромосом. В растениях один признак, например, связанный со стрессом, может регулироваться множеством генов.
Ученый при создании эксперимента с CRISPR/Cas-системой для отключения одного или нескольких генов может не подозревать о других генах, выполняющих ту же функцию. Кроме того, есть риск случайного вырезания другой последовательности ДНК, принадлежащей гену с иной функцией.
Проблему можно не заметить до тех пор, пока растение не достигнет зрелости, не изменив признак или приобретя новый (часто не полезный) показатель. Эта трудность особенно заметна в культивации растений, которым нужны специфические погодные условия: пропуск сезона может привести к задержке разработки на год.
Команда разработала программное обеспечение (автономный пакет на Python), где пересмотрели подход к разработке и оценке последовательностей гРНК с целью исключения копий гена и сохранения необходимых участков ДНК. Авторы утверждают, что модели оценки гРНК в CROPSR дают более точные прогнозы применения CRISPR/Cas даже в геномах не относящихся к сельскохозяйственным культурам.
Разработчики предусмотрели в CROPSR возможность формирования базы данных гРНК для каждого генома сельскохозяйственной культуры.
Исследователям требуется выполнить это действие лишь единожды для формирования базы данных, пригодной к многократной реализации в различных экспериментах.
Учёному остаётся только найти необходимый ген в своей базе данных, выбрать соответствующий gRNA из предложенного списка, и CROPSR покажет остальные участки генома для редактирования.
«Можно легко обратиться к базе данных, получить готовые данные и сразу приступить к исследованию, — резюмирует Пауль. — Чем сокращён процесс планирования экспериментов, тем больше времени отводится на проведение эксперимента».