Том 9, №3

В статье рассмотрены различные применения CRISPR-локусов и их компонентов: а) для генотипирования штаммов некоторых бактерий (CRISPR-кассеты); б) для исследования фундаментальных вопросов функционирования отдельных генов, генных сетей и РНК-транскриптов (CRISPR/dCas системы); в) для высокочувствительной CRISPR-Dx детекции специфичных последовательностей нуклеиновых кислот (нуклеаза Cas13a).

В статье рассмотрена эволюция методов геномного редактирования, начиная с индуцированного мутагенеза, вызывающего под действием физических факторов или химических агентов случайные мутации в геномах. Индуцированную полиплоидию принято считать геномной мутацией и при этом ее также можно рассматривать как некий вариант редактирования генома в виде полной его дупликации. Отмечено, что для эффективного направленного редактирования геномов любых организмов необходимо внесение двуцепочечных разрывов в целевые места молекул ДНК. Описываются методы направленного мутагенеза с помощью химерных олигонуклеотидов, рекомбинации с использованием мегануклеаз, искусственных молекулярных «ножниц» ARCUT, нуклеаз «цинковых пальцев», нуклеаз на основе эффекторных TAL белков, а также Cas нуклеаз, являющихся составной частью передовой CRISPR/Cas технологии редактирования геномов. Продемонстрирован весомый вклад отечественных ученых в отдельные направления получения мутантных растений, несмотря на чинимые им препятствия. Цитированная литература охватила более чем столетний период.

Дана краткая характеристика CRISPR-локусов, встречающихся приблизительно у половины бактерий и у большинства архей. Показана их типичная организация, важным элементом которой служат CRISPR-кассеты, содержащие уникальные спейсеры, перемежающиеся одинаковыми прямыми повторами. Кратко рассмотрены специализированные программы поиска CRISPR-кассет в секвенированных геномах микроорганизмов и в метагеномных данных путем выявления в них повторяющихся участков. Приведены актуальные web-страницы таких программ и в табличной форме указаны их предназначения и возможности. Отмечены базы данных по CRISPR-локусам с указанием их web-адресов. Проведен анализ практически всей имеющейся литературы по данному вопросу и соответствующие интернет-ресурсы.

Кратко рассмотрены особенности многочисленных программ дизайна гидРНК с указанием их актуальных web-страниц и описаны этапы работы с ними. Для ряда программ приведена более подробная характеристика, отраженная в специальном Приложении. Перечислены программы поиска произведенных в результате CRISPR/Cas редактирования мутаций в геномах различных организмов. Отмечены базы данных по предварительно подобранным гидРНК для ряда геномов растительных и животных организмов, включая человека. Проведен анализ практически всей имеющейся литературы по компьютерному дизайну гидРНК и соответствующих интернет-ресурсов.

Значительное внимание уделено вопросам как следует соотносить созданные за счет индуцированного мутагенеза современные сорта растений с полученными с помощью генной инженерии трансгенными растениями или ГМ-растениями, а также с нокаутными и нокин формами CRISPR/Cas редактированных растений в связи с проблемой ГМО. Оценены перспективы внедрения разных форм CRISPR/Cas редактированных растений в сельскохозяйственное производство, включая окультуривание диких форм de novo. Затронуты вопросы редактирования генома человека и отношения общества к этому процессу, а также проведение сообществом DIY биологов экспериментов по геномному редактированию. Рассмотрена непростая ситуация с патентованием CRISPR/Cas технологии и ее коммерциализация.

Описана краткая история и предыстория изучения CRISPR/Cas систем, приведена терминология, показано разнообразие CRISPR/Cas систем, а также различные улучшения технологии геномного редактирования. Проведен наукометрический анализ публикаций в этой области. Приведены примеры редактирования геномов ряда видов растений. Список цитированной литературы составил более 250 наименований и при этом большинство работ опубликованы в последние два-три-четыре года, и лишь немногочисленные статьи, имеющие отношение к истории и предыстории CRISPR/Cas технологии, датированы более ранними годами.

Введение в специальный тематический выпуск журнала Биомика