Геном дрожжей отредактировали в космосе

На борту Международной космической станции в геном дрожжей Saccharomyces cerevisiae при помощи системы CRISPR/ Cas9 внесли двухцепочечные разрывы — говорится в исследовании, опубликованном в журнале PLoS One. Такие эксперименты провели, чтобы изучить влияние космических условий на процессы репарации ДНК и внесения в нее мутаций.

Одно из самых опасных последствий нахождения в космосе для живых существ — это повышенный уровень радиации. На Земле от ионизирующего излучения защищает атмосфера, а вот выходить за ее пределы опасно. Ионизирующее излучение повреждает макромолекулы и в том числе способно вызывать двухцепочечные разрывы ДНК. Такие разрывы очень опасны для клеток и способны вызвать опухолевые заболевания и наследуемые мутации.

В нормальных земных условиях двухцепочечные разрывы восстанавливаются по двум путям: негомологичного соединения концов разрыва — то есть просто «сшиваются», часто с вставкой или удалением нескольких нуклеотидов на концах, а также гомологичной рекомбинации — в месте разрыва копируется последовательность гомологичного участка генома и репарация проходит более точно. Выбор пути зависит от множества факторов, которые не всегда можно предсказать.

Исследователи из компании JES Tech и высшей школы Вудбери в США под руководством Сары Сталь-Роммель (Sarah Stahl-Rommel) изучили, как выбор пути репарации двухцепочечного разрыва ДНК происходит в космосе. Для этого они направленно внесли в геном дрожжей Saccharomyces cerevisiae разрыв при помощи системы геномного редактирования CRISPR/ Cas9. Они поместили в клетки дрожжей плазмиду, которая кодировала белок Cas9, направляющую РНК для одного из генов дрожжей (в него белок и вносил разрыв), матрицу для гомологичной рекомбинации (в случае выбора этого пути репарации именно эта матрица будет скопирована в место разрыва), а также маркер для отбора по цвету несущих плазмиду клеток.

Плазмиду доставили в клетки дрожжей, после чего рассадили их по чашкам Петри. Чтобы дрожжи смогли закрепиться на них без гравитации, на чашки добавили немного жидкости, которая создавала поверхностное натяжение и удерживала колонии клеток. Всего в космосе получили четыре колонии, в которых Cas9 внес двухцепочечный разрыв в геном.

После этого из клеток выделили ДНК, чтобы проверить, как прошло геномное редактирование. После секвенирования оказалось, что во всех четырех колониях клеток в разрыв встроилась матрица — то есть в них, скорее всего, репарация прошла по пути гомологичной рекомбинации.

Полученная выборка слишком мала, чтобы судить о механизмах выбора пути репарации в космосе. Кроме того, разрывы, которые производит белок Cas9 не идентичны тем, что появляются из-за действия радиации, поэтому непосредственное влияние на систему ионизирующего излучения в таком эксперименте оценить нельзя. Но, тем не менее, это исследование впервые зафиксировало выбор пути репарации в условиях космоса и дальнейшая оптимизация протокола получения колоний наверняка позволит сравнить частоту выбора разных путей.

С тех пор как человек впервые побывал в космосе, ученые все больше беспокоятся о влиянии космических условий на здоровье. О рисках, с которыми сталкиваются космонавты, мы писали в материале «Излучение и отвага».