Геном дріжджів відредагували в космосі

На борту Міжнародної космічної станції в геном дріжджів за допомогою системи CRISPR/Cas9 внесли двозчіпкові розриви - йдеться в дослідженні, опублікованому в журналі. Такі експерименти провели, щоб вивчити вплив космічних умов на процеси репарації ДНК і внесення в неї мутацій.

Один з найнебезпечніших наслідків перебування в космосі для живих істот - це підвищений рівень радіації. На Землі від іонізуючого випромінювання захищає атмосфера, а от виходити за її межі небезпечно. Іонізуюче випромінювання пошкоджує макромолекули і в тому числі здатне викликати дволіпочкові розриви ДНК. Такі розриви дуже небезпечні для клітин і здатні викликати пухлинні захворювання і спадковані мутації.

У нормальних земних умовах дволіпочкові розриви відновлюються двома шляхами: негомологічного з'єднання кінців розриву - тобто просто «зшиваються», часто з вставкою або видаленням декількох нуклеотидів на кінцях, а також гомологічної рекомбінації - в місці розриву копіюється послідовність гомологічної ділянки геному і репарація проходить більш точно. Вибір шляху залежить від безлічі факторів, які не завжди можна передбачити.

Дослідники з компанії JES Tech і вищої школи Вудбері в США під керівництвом Сари Сталь-Роммель (Sarah Stahl-Rommel) вивчили, як вибір шляху репарації двохланцюжкового розриву ДНК відбувається в космосі. Для цього вони спрямовано внесли в геном дріжджів розрив за допомогою системи геномного редагування CRISPR/Cas9. Вони помістили в клітини дріжджів плазміду, яка кодувала білок Cas9, направляючу РНК для одного з генів дріжджів (в нього білок і вносив розрив), матрицю для гомологічної рекомбінації (у разі вибору цього шляху репарації саме ця матриця буде скопійована в місце розриву), а також маркер для відбору за кольором несучих плазмиду клітин.

Плазміду доставили в клітини дріжджів, після чого розсадили їх по чашках Петрі. Щоб дріжджі змогли закріпитися на них без гравітації, на чашки додали трохи рідини, яка створювала поверхневе натягнення і утримувала колонії клітин. Всього в космосі отримали чотири колонії, в яких Cas9 вніс двозначний розрив у геном.

Після цього з клітин виділили ДНК, щоб перевірити, як пройшло геномне редагування. Після секвенування виявилося, що у всіх чотирьох колоніях клітин у розрив вбудувалася матриця - тобто в них, швидше за все, репарація пройшла шляхом гомологічної рекомбінації.

Отримана вибірка занадто мала, щоб судити про механізми вибору шляху репарації в космосі. Крім того, розриви, які виробляє білок Cas9 не ідентичні тим, що з'являються через дії радіації, тому безпосередній вплив на систему іонізуючого випромінювання в такому експерименті оцінити не можна. Але, тим не менш, це дослідження вперше зафіксувало вибір шляху репарації в умовах космосу і подальша оптимізація протоколу отримання колоній напевно дозволить порівняти частоту вибору різних шляхів.

Відтоді як людина вперше побувала в космосі, вчені все більше турбуються про вплив космічних умов на здоров'я. Про ризики, з якими стикаються космонавти, ми писали в матеріалі «Випромінювання і відвага».