Новая технология позволяет быстро изучать «темную материю» генома

«Определение отдельных мутаций, вызывающих редкие, разрушительные заболевания вроде дистрофии стало делом относительно простым, — говорит Чарльз Герсбах, профессор университета. — Но более распространенные заболевания, встречающиеся в семьях, часто затрагивают множество генов, а также генетические реакции на факторы окружающей среды. Это гораздо более сложная история, и мы хотим найти способ лучше ее понять. Теперь мы нашли способ».

Новая методика основана на системе редактирования генома CRISPR/Cas9, позволяющей точно отрезать и вставлять последовательности ДНК в живых организмах. К ней ученые добавили молекулярный механизм управления проявлением генов посредством манипуляций биомолекулами, которые определяют, какие гены каждая клетка активирует и до какой степени. С помощью новых инструментов профессор Герсбах и его коллеги исследовали 98% генетического кода человека, который называют «темной материей генома».

Для того чтобы проникнуть в область неизведанного темного генома, ученые разработали компьютерные инструменты анализа больших наборов генетических данных и просканировали сотни типов клеток и тканей, зараженных различными заболеваниями. В результате у них получился список из более чем 2 миллионов потенциально важных мест в темном геноме — слишком большое число. Поэтому ученым пришлось создать метод быстрого исследования потенциально важных генетических последовательностей, ускоренного по сравнению с начальными методиками в 100-1000 раз.

Метод заключается в доставке миллионов систем CRISPR, загруженных в вирусы, каждый из которых нацелен на свою генетическую мишень, в миллионы клеток. Каждая клетка получает только один вирус, а ученые исследуют их на изменения в экспрессии генов или клеточной функции.

Например, при изучении диабета нужно воздействовать на клетки поджелудочной железы и смотреть на изменения в выработке инсулина. Те клетки, которые покажут интересные изменения, следует изолировать и секвенировать для определения цепочки ДНК, на которую воздействовала система CRISPR. Так открывается еще один кусок мозаики, пишет Futurity.

Эта технология уже дает результаты, говорят ученые. «Имея под рукой столько мест для исследования и возможность производить их быстро и надежно, мы без сомнения найдем новые сегменты, важные для заболеваний, которые укажут нам новые пути разработки лекарственных средств», — говорит профессор Герсбах.

Недавно открытый метод трехмерной сборки позволяет быстро секвенировать референсный геном с нуля при помощи анализа укладки генома, то есть его расположения внутри ядра клетки. Этот способ обходится гораздо дешевле миллионов долларов, которые требуются на полную расшифровку генома одного пациента.