Создана рекордно сложная библиотека для программирования человеческих клеток

Weinberg et al / Nature Bioinformatics 2017
Ученые из Бостонского университета впервые создали широкомасштабную систему генетических блоков, позволяющую программировать действия человеческих клеток с применением булевой алгебры. Статья опубликована в Nature Biotechnology.
Система, которую ученые назвали BLADE (Boolean logic and arithmetic through DNA excision), позволяет контролировать внутриклеточные процессы с помощью рекомбиназ. Рекомбиназы — это ферменты, которые умеют разрезать и сшивать нить ДНК и способны работать и как активаторы, и как репрессоры транскрипции. Активация может быть достигнута, например, при вырезании области терминатора транскрипции, расположенного перед интересующим геном (ИГ), или при разворачивании ИГ в правильную сторону относительно промотора. В свою очередь, репрессия может быть достигнута вырезанием самого ИГ или разворачиванием его в неправильную сторону. Вырезать по вышеописанной схеме умеют тирозин-зависимые рекомбиназы, а разворачивать — серин-зависимые. Для них в «текст» ДНК помещают специальные сайты — специфические последовательности из нескольких нуклеотидов по обе стороны от нужного участка, которые рекомбиназы узнают и приступают к работе. Ученые протестировали работу двенадцати рекомбиназ в почечных эмбриональных клетках человека и выбрали две наиболее подходящие — Cre и Flp, которые функционируют совершенно независимо друг от друга.
Для того, чтобы протестировать работу системы BLADE, исследователи, в том числе, работали с четырьмя генами, кодирующими флуоресцентные белки tagBFP, EGFP, iRFP720 и mRuby2 в клетках лимфоцитов Jurkat T, используя доксициклиновую регуляцию (что позволяло дозировать эффект работы рекомбиназ). Блоки, составленные из операторов, были устроены таким образом, чтобы включать отдельные гены в четырех разных состояниях: при попадании в ядро каждой из рекомбиназ по отдельности, при отсутствии их обеих или при наличии их обеих одновременно. Эксперимент подвердил, что рекомбиназы работают правильным образом, и соответствующие белки светились в клетках даже через две недели после начала эксперимента.
После этого были проведены дополнительные эксперименты, показавшие, что работу BLADE можно совмещать с работой CRISPR-Cas9 систем. BLADE не нарушает деятельности CRISPR-Cas9 и может работать с РНК-проводниками (gRNA), снабженными соответствующими сайтами. Кроме того, работу BLADE можно контролировать, например, с помощью лекарственных средств — таких, как 4-гидроксиамоксифен, который будет «отпускать» рекомбиназы, предварительно связанные с мутированным рецептором эстрогена, и позволять им попадать в ядра тогда, когда это бывает нужно.
Это первая система генетических блоков, которая работает со столь высокой эффективностью при таком количестве операторов и протестирована на человеческих, а не на бактериальных клетках. О менее масштабных экспериментах с кишечной палочкой мы уже рассказывали раньше. Ученые полагают, что такие системы можно будет применять для решения самых разнообразных биоинженерных и медицинских задач.
Анна Казнадзей