צוות של חוקרים סיניים בראשותו של פרופ 'גאו קייקסיה מהמכון לגנטיקה וביולוגיה התפתחותית של האקדמיה הסינית למדעים פיתח שתי טכנולוגיות עריכת גנום חדשות, הידועות באופן קולקטיבי בשם מערכות כרומוזום להנדסה (PCE).
המחקר, שפורסם באופן מקוון ב תָא ב -4 באוגוסט, משיג סוגים רבים של מניפולציות DNA מדויקות, החל מקילובאז לקנה מידה של מגהאז באורגניזמים גבוהים יותר, ובמיוחד צמחים.
מחקרים מקיפים הוכיחו את הפוטנציאל העצום של מערכת ה- CRE-LOX הספציפית לאתר, למניפולציה כרומוזומלית מדויקת. עם זאת, היישום הרחב יותר שלו הופר על ידי שלוש מגבלות קריטיות: (1) תגובות רקומבינציה הפיכות-גזעיות מהסימטריה הגלומה של אתרי LOX-עלולים לשלול עריכות רצויות; (2) האופי הטטרמי של Cre רקומבינאז מסבך את המאמצים ההנדסיים, מעכב אופטימיזציה של פעילות; ו- (3) אתרי LOX שיוריים לאחר השילוב מחדש עשויים לפגוע בעריכה של דיוק.
צוות המחקר התייחס לכל אחד מהאתגרים הללו ופיתח שיטות חדשות לקידום מצב הטכנולוגיה הזו. ראשית, הם בנו פלטפורמת תפוקה גבוהה לשינוי מהיר של אתר רקומבינציה והציעו תכנון אתר LOX א-סימטרי. זה הוביל להתפתחות של גרסאות LOX חדשות המפחיתות את פעילות רקומבינציה הפיכה על פי פי 10 (מתקרב לרמת הרקע של ביקורת שלילית) תוך שמירה על רקומבינציה קדימה בעלת יעילות גבוהה.
לאחר מכן הם מינפו את ה- AICE המפותח לאחרונה (אילוצים מיודעים AI להנדסת חלבונים), מערכת אבולוציה מכוונת חלבון מודל-A תוך שילוב מודלים מתקפלים הפוכים כלליים עם אילוצים מבניים ואבולוציוניים-לפתח AICErecשיטת הנדסה רקומבינאזית. גישה זו אפשרה אופטימיזציה מדויקת של ממשק המולטימריזציה של CRE, והניבה גרסה מהונדסת עם יעילות רקומבינציה פי 3.5 מזו של CRE מסוג הבר.
לבסוף, הם עיצבו ושכללו אסטרטגיית עריכה ללא צלקת לרקומבינזות. על ידי רתימת יעילות העריכה הגבוהה של עורכי פריים, הם פיתחו את RepeGrna, שיטה המשתמשת בפגרנות מעוצבות ספציפית לביצוע עריכה מחודשת באתרי LOX שיוריים, והחליפו אותם בדיוק ברצף הגנומי המקורי, ובכך להבטיח שינויי גנום חלקים.
שילוב של שלושת החידושים הללו הוביל ליצירת שתי פלטפורמות, PCE ו- Repce הניתנות לתכנות. פלטפורמות אלה מאפשרות תכנות גמישות של עמדות הכניסה וכיוונים לאתרי LOX שונים, מה שמאפשר מניפולציה מדויקת וחסרת צלקת של שברי DNA שנעים בין קילובאז לקנה מידה של מגהאז בתאי צמח ובעלי חיים כאחד. הישגי המפתח כוללים: שילוב ממוקד של שברי DNA גדולים עד 18.8 קילוגרם, החלפה מלאה של רצפי DNA של 5 קילוגרמים, היפוכות כרומוזומליות המשתרעות על 12 מגה-בייט, מחיקות כרומוזומליות של 4 מגה-בייט וטרנסלוקציות של כרומוזום.
כהוכחה למושג, החוקרים השתמשו בטכנולוגיה זו כדי ליצור נבטת אורז עמידה בקוטלי עשבים עם היפוך מדויק של 315 קילוגרמים, ומציגה את הפוטנציאל המהפך שלה להנדסה גנטית ושיפור יבולים.
עבודה חלוצית זו לא רק מתגברת על המגבלות ההיסטוריות של מערכת Cre-Lox, אלא גם פותחת דרכים חדשות להנדסת גנום מדויקת במגוון אורגניזמים.
