Record-seq: Nové vychytávky z bakteriální dílny

Technika CRISPR jistě představuje jeden z velmi důležitých průlomů moderní molekulární biologie. Tento přístup staví na jakési ‚imunitní‘ ochraně bakterií proti napadení viry. Aby byla bakterie připravena zvládnout rychleji opakující se nákazy, vytváří si ve své DNA jakousi knihovnu patogenní DNA, se kterou se již setkala. Zkratka pro tuto zvláštní sekvenci dala celé technice CRISPR její jméno (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats). Pokud do bakterie opětovně vnikne virus, o němž už je v knihovně záznam, speciální Cas proteiny (od CRISPR associated protein)rozpoznají uloženou sekvenci a cizorodou DNA rozštípou. Právě tato část mechanismu přinesla dosud nejslavnější uplatnění celé metody – v genovém inženýrství. Do buněk se např. vpraví upravený Cas protein, který podle podstrčené sekvence likviduje místo cizorodé DNA nějaký konkrétní gen v buňce samotné. Vyřadit v téměř libovolném organismu nějaký gen z činnosti je tak snazší a levnější než kdykoli dřív. Tím ale využití CRISPR mechanismu zdaleka nekončí.

Zcela nově byla popsána metoda Record-seq, která mechanismus CRISPR využívá pro záznam genové exprese v čase. Inspirací pro vývojáře této techniky nebylo tentokrát štěpení cizorodé DNA, ale ona tvorba knihovny patogenů.

Úroveň genové exprese, tedy míra s jakou se podle konkrétního genu vyrábí RNA a potažmo proteiny, je hojně studovaným parametrem. Často nás zajímá, které geny se zapínají, nebo vypínají v odpověď na konkrétní stimuly. Ačkoliv už dnes umíme studovat genovou expresi tisíců genů současně na úrovni jediné buňky, stále je co zlepšovat. Problémem pro určité typy experimentů může být fakt, že buňku je potřeba nejprve zabít, abychom ji mohli analyzovat. Získáváme tak informaci o genové expresi pouze v jednom jediném okamžiku. Nově vyvíjená metoda Record-seq se právě toto omezení snaží obejít. Využívá k tomu jednu z modifikací CRISPR systému ze střevní bakterie Fusicatenibacter saccharivorans. Při vytváření knihovny si tento systém k archivaci nevybírá úseky cizorodé DNA, ale kousky RNA, které jsou zrovna k dispozici. Řadí je pěkně za sebe, takže v knihovně zůstává zachována informace o tom, jak se v čase měnilo složení RNA v buňce – tedy jak se měnila celková genová exprese.

Zatím byl tento upravený CRISPR systém vnesen pouze do bakteriálních buněk Escherichia coli. Umožnil uspokojivě zaznamenat časový průběh reakce buňky na různou dávku jednoho toxinu. Slibný výsledek dává naději, že se v blízké době dočkáme nového užitečného výzkumného nástroje odkoukaného od bakterií.

F. Schmidt et al. Nature, DOI: 10.1038/s41586-018-0569-1