CRISPR применили для смены пола потомства мышей
Израильские ученые нашли способ менять долю самок и самцов в помете млекопитающих. Для этого необходимо скрестить самку и самца двух разных модифицированных линий: у их потомства собирается система CRISPR-Cas9, избирательно атакующая определенные гены, в результате чего все ее носители погибают до рождения. Научная статья опубликована в журнале EMBO Reports.
У многих позвоночных особи разного пола заметно отличаются особенностями жизнедеятельности. Для сельского хозяйства это зачастую критично: молоко и яйца дают лишь самки. Самцы в данном случае нужны только для размножения, но тогда достаточно одной особи на несколько десятков или даже сотен самок. Поскольку соотношение полов в потомстве изначально близко к 1:1, фермеры избавляются от большинства самцов, просто убивая их вскорости после рождения.
Исследователи из Тель-Авивского университета под руководством Уди Кимрона (Udi Qimron) и Мотти Герлица (Motti Gerlic) разработали более гуманный способ управлять соотношением полов в потомстве млекопитающих. Он не предотвращает образование мужских эмбрионов, но вносит в их геном летальные изменения. Ученые скрестили восемь самцов мышей, чья Y-хромосома несет гены направляющих РНК, и самок, у которых в хромосомы из шестой пары встроен ген белка Cas9. Вместе эти компоненты составляют систему CRISPR-Cas9.
В описываемых экспериментах направляющие РНК делали мишенью атаки Cas9 три гена: Atp5b, Cdc20 и Casp8. Их корректная работа важна на самых ранних этапах развития эмбриона. В серии контрольных экспериментов шестерых самцов с генами тех же направляющих РНК скрещивали с обычными самками линии B6J, у которых нет гена Cas9 (поэтому у их потомства CRISPR-Cas9 не работала). В обоих случаях оценивали соотношение полов потомков.
У восьми пар модифицированных самцов и самок родился 31 мышонок, но восемь из них умерли в первые 72 часа после появления на свет. После этого соотношение самцов и самок в потомстве составило 3:20 (все они дожили до отлучения от матерей, то есть оказались здоровы). В результате шести контрольных скрещиваний родился 41 мышонок, из них четверо умерли в первые три дня. Здесь доля самцов получилась выше: 23:14. Авторы отмечают, что это первый случай, когда у млекопитающих процент представителей того или иного пола удалось существенно изменить генетическими методами.
Хотя в работе соотношение полов в потомстве сдвигали в сторону преобладания самок, авторы отмечают, что можно делать и наоборот: оставлять в живых лишь самцов. Это может быть нужно в мясном животноводстве, так как быки крупнее коров и их в данном случае их может быть выгоднее содержать.
Впрочем, уже сейчас можно регулировать соотношение самцов и самок в потомстве, не прибегая к уничтожению «ненужного» пола. По крайней мере у некоторых видов хомячков сперматозоиды, которые несут Y-хромосому, имеют более мелкие ядра — вероятно, потому, что она короче X-хромосомы и требует меньше места. Таким образом, можно сортировать мужские половые клетки по величине их ядер и оплодотворять самок теми клетками, которые гарантируют получение потомства нужного пола.
Светлана Ястребова
Бактерии научились инактививровать антибактериальную ДНК-гиразу
Немецкие ученые выяснили, что супербактерии, сохранявшие чувствительность к экспериментальному антибиотику альбицидину, защитились от него с помощью амплификации гена STM3175. Этот ген отвечает за регуляцию транскрипции малых молекул с доменом связывания, подобным ингибитору ДНК-гиразы — основы антибиотика альбицидина. Такое увеличение копии гена приводит к тысячекратному повышению уровня резистентности к препарату. Исследование опубликовано в PLoS Biology. В 2019 году почти пять миллионов человек погибло из-за бактерий, устойчивых к большинству известных антибиотиков, — супербактерий. По оценкам ученых к 2050 году это число увеличится в два раза. Основной причиной развития резистентности к противомикробным препаратам признано нерациональное их использование в медицине, ветеринарии и зоотехнии в сочетании с недостаточным пониманием механизмов бактериальной резистентности. Однако влияют и другие факторы: например, загрязнение атмосферы. Ученые постоянно ищут новые молекулы, которые были бы активны против супербактерий. Таким многообещающим соединением стал альбицидин — фитотоксичная молекула, вырабатываемая бактерией Xanthomonas albilineans, в исследованиях была эффективна против целого ряда супербактерий. Альбицидин ингибирует активность бактериальной ДНК-гиразы (топоизомеразы II) и эффективно действует на ковалентный комплекс ДНК и гиразы в крайне низких концентрациях. В нескольких исследованиях уже сообщалось о развитии резистентности к этой молекуле у некоторых бактерий, однако ее механизмы оставались не до конца выясненными. Команда ученых под руководством Маркуса Фульда (Marcus Fulde) из Свободного университета Берлина изучала механизмы резистентности к альбицидину, которая развилась у Salmonella typhimurium и Escherichia coli. Для этого они подвергали бактерии воздействию высоких концентраций более стабильного аналога антибиотика и наблюдали за ростом колоний в течение 24 часов. Из 90 протестированных клонов 14 показали рост в этих условиях. Секвенирование генома этих штаммов показало, что большинство (девять штаммов) несет мутации в гене tsx, ответственном за экспрессию нуклеозидспецифичного порина, что в 16 раз увеличивало минимальную ингибирующую концентрацию (MIC) антибиотика. Один из оставшихся пяти резистентных штаммов с интактным геном tsx демонстрировал более чем стократное повышение MIC, и анализ данных секвенирования его ДНК выявил амплификацию гена, приводящую к образованию 3-4 копий геномной области без однонуклеотидных полиморфизмов. При дополнительном анализе этого штамма ученые выяснили, что перекрывающаяся амплифицированная область содержит ген STM3175, который транскрибируется полицистронно в структуре оперона и N-концевой части qseB. Более тщательное изучение аминокислотной последовательности показало, что STM3175 состоит из 2 доменов: N-концевого AraC-подобного ДНК-связывающего домена и C-концевого GyrI-подобного лиганд-связывающего домена. Ученые обнаружили, что такая структура позволяет STM3175 связывать альбицидин с высокой аффинностью и инактивировать его. У разных бактерий обнаружились гомологи этого гена с теми же функциями, при этом на эффект других антибактериальных препаратов они не влияли. Знание нового механизма развития устойчивости к альбицидину позволит ученым разрабатывать новые способы модификации молекулы, чтобы обойти этот механизм. Ранее ученые обнаружили антибактериальную молекулу с широким спектром действия, которая не вызвала резистентности у микроорганизмов.