Американские биологи создали две системы для записи процессов, протекающих внутри клеток. Обе предполагают изменение ДНК клеток, в которых они работают. Механизмы действия CAMERA1 и CAMERA2 (так называются созданные учеными системы) схожи с теми, что используются в CRISPR/Cas9 — ставшим особенно популярным в последние годы средством редактирования генома. Научная статья опубликована в журнале Science.
Каждая из двух CAMERA сделана на основе того или иного свойства CRISPR/Cas9. Оригинальная система разрезает обе цепи двойной спирали ДНК. При этом образуется разрыв. Специальные ферменты самой клетки затем «зашивают» этот разрыв, но в процессе в ДНК могут случайно попасть дополнительные фрагменты (отдельные нуклеотиды или их цепочки), которых там раньше не было. Настроив ферменты системы CRISPR/Cas9 определенным образом, можно сделать так, чтобы в разрезанную ДНК встраивались вполне конкретные, нужные исследователям последовательности нуклеотидов. Так можно не только заменять одни гены на другие, но и вносить в ДНК небольшие метки, свидетельствующие о тех или иных процессах внутри клетки.
CAMERA1 использует плазмиды — небольшие кольцевые молекулы ДНК, характерные для бактерий. Обычно они несут в себе гены устойчивости к антибиотикам. Эта «камера» первого типа предполагает внедрение в клетку плазмид двух видов. Один из них активируется в ответ на появление в клетке антибиотика и производит ферменты, разрезающие плазмиды другого вида. Вошел ли в клетку антибиотик и сколько его было, можно определить по соотношению числа двух видов плазмид в ней.
CAMERA2 действует иначе. В ее случае клетка, получая сигнал извне, запускает синтез модифицированного фермента Cas9, а также РНК-«поводыря». «Поводырь» настроен на определенный ген, изменение которого не навредит клетке, и транспортирует Cas9 к нему. Там фермент заменяет один нуклеотид в цепочке ДНК на другой, в результате чего меняется и парный ему нуклеотид на второй цепочке. Чтобы понять, получил ли клетка конкретный сигнал, достаточно проанализировать последовательность одного гена и таким образом понять, изменилась ли она, и если да, то насколько.
Авторы исследования смогли зафиксировать события нескольких различных типов в клетках бактерий и млекопитающих. В число «записанных» вошли отражение вирусной атаки, реакция на антибиотики и солнечный свет, а также усвоение ряда питательных веществ. Правда, чтобы надежно зарегистрировать то или иное событие, необходимо, чтобы оно произошло хотя бы в десяти, а лучше в ста одинаковых клетках. Дело в том, что CAMERA1 и CAMERA2 пока действуют не со стопроцентной точностью и в ряде случаев могут не сработать.
[Иллюстрация: Russell Kightley/Science Source]
