Исследователи построили энзим, который может осуществлять ранее невозможный обмен ДНК, непосредственно изменяя пары оснований ДНК с A-T в G-C. Новый энзим, известный как редактор оснований, сможет однажды сделать возможной геномную хирургию, стирающую вредные мутации и записывающую полезные.

Эта новая система является "реально существующим добавлением набора инструментов для преобразования генома ," говорит Feng Zhang, который не участвовал в исследовании. "Это великолепный пример того, как мы можем заставить работать природные энзимы и процессы для ускорения научных исследований."

Некоторые инструменты редактирования генома, такие как известный метод CRISPR/Cas9, разрезает обе нити ДНК и реально на базе своего собственного молекулярного аппарата заполняет пробел желательной последовательностью ДНК. Редакторы оснований являются в этом смысле более точными инструментами. "CRISPR подобен ножницам, а редакторы оснований подобны карандашу," говорит Liu из Harvard University и the Broad Institute.

Эти карандаши могут переписывать индивидуальные химические единицы ДНК, известные как основания. Каждое основание на одной нити ДНК соединяется со своим основанием партнером на противоположной нити, так что основание аденина соединяется в пару с тимином (A-T), а гуанин соединяется в пару с цитозином (G-C). В последний год, Liu с коллегами описали редактор оснований, который может заменять пару C-G оснований на пару T-A. Но исследователи не обладали способностью превращать пару A-T в G-C.

Приступая Liu и его группа знали, что проект рискованный, поскольку первая ступень связана с созданием энзима, который не существует. Nicole Gaudelli работал над задачей создания энзима, который смог бы работать. Gaudelli начал с энзима, наз. TadA, способного превращать аденин в молекулу, наз. inosine (который клетка трактует как гуанин), но в транспортной РНК скорее, чем в ДНК. Она получила огромную библиотеку TadA мутантов в бактериальных клетках и заставляла их превращать A в inosine в генах устойчивости к антибиотику, чтобы выживать в присутствии антибиотиков. Выживающие бактерии кодировали TadA мутации, которые передавали способность осуществлять конверсию adenine-to-inosine в ДНК.

Эта эволюция в лаборатории оправдала себя полностью. Вскоре исследователи установили, что некоторые колонии бактерий были способны фиксировать свои собственные мутации после химической хирургии и выживать вопреки антибиотикам. Вместе с др. поправками исследователи присоединили этот энзим к молекуле, наз. Cas9 никазой. Это добавление позволило редактору оснований находить правильную точку разреза вдоль нити ДНК и разрезать противоположную нить ДНК -- a nick (разрез), который напоминает клетке, где вставлять правильное основание партнер пары, чтобы соответствовать новому основанию, завершая тем самым замену A-T на G-C.

Среди нескольких родственных энзимов, наиболее изощренная (tricked-out) версия, наз. ABE7.10, явилась эффективным химическим хирургом, превращающим A-T в G-C в геноме бактерий и человека. Энзим оперирует с более чем 50% эффективностью и немногими, если вообще, побочными продуктами, такими как нежелательные мутации.

Мутации, в которых G-C мутирует в A-T, объясняют почти половину из приблизительно 32000 одиночных точечных мутаций, ассоциированных с болезнями человека. ABE7.10 превращает G-to-A мутацию, ассоциированную с генетической болезнью накопления железа, известной как гемохроматоз в клетках от пациентов. В разных экспериментах ABE7.10 добавлял мутацию, которая восстанавливала функцию гена гемоглобина в клетках человека. Эта мутацияиз обеспечивает защиту от болезней крови, включая серповидноклеточную анемию.