U novoj publikaciji u Nature Plants, docentica znanosti o biljkama na Sveučilištu Maryland Yiping Qi je uspostavila novi CRISPR genomski inženjerski sustav kao održiv u biljkama po prvi put: CRISPR-Cas12b. CRISPR se često smatra molekularnim škarama koje se koriste za precizan uzgoj za rezanje DNK tako da se određena osobina može ukloniti, zamijeniti ili urediti. Većina ljudi koji poznaju CRISPR vjerojatno razmišljaju o CRISPR-Cas9, sustavu koji je sve započeo. Ali Qi i njegov laboratorij neprestano istražuju nove CRISPR alate koji su učinkovitiji, učinkovitiji i sofisticiraniji za razne primjene u usjevima koji mogu pomoći u suzbijanju bolesti, štetnika i učinaka klimatskih promjena. Uz CRISPR-Cas12b, Qi predstavlja sustav u biljkama koji je svestran, prilagodljiv i u konačnici pruža učinkovito uređivanje gena, aktivaciju i potiskivanje, sve u jednom sustavu.
"Ovo je prva demonstracija ovog novog CRISPR-Cas12b sustava za inženjering biljnog genoma, a mi smo uzbuđeni što možemo popuniti praznine i poboljšati ovakve sustave kroz novu tehnologiju", kaže Qi. "Željeli smo razviti cijeli paket alata za ovaj sustav kako bismo pokazali koliko on može biti koristan, pa smo se usredotočili ne samo na uređivanje, već i na razvoj genske represije i metoda aktivacije."
To je kompletan skup metoda koji je u konačnici nedostajao drugim CRISPR sustavima u biljkama. Dva glavna sustava dostupna prije ovog rada u biljkama su CRISPR-Cas9 i CRISPR-Cas12a. CRISPR-Cas9 je popularan zbog svoje jednostavnosti i zbog prepoznavanja vrlo kratkih sekvenci DNK kako bi napravio svoje rezove u genomu, dok CRISPR-Cas12a prepoznaje različitu DNK ciljanu sekvencu i omogućuje veće postupne rezove u DNK s dodatnom složenošću za prilagodbu sustava. CRISPR-Cas12b je sličniji CRISPR-Cas12a kao što nazivi sugeriraju, ali nikada nije postojala jaka sposobnost da se osigura aktivacija gena u biljkama s ovim sustavom. CRISPR-Cas12b pruža veću učinkovitost za aktivaciju gena i potencijal za šira ciljana mjesta za potiskivanje gena, što ga čini korisnim u slučajevima kada se genetska ekspresija osobine treba uključiti/pojačati (aktivacija) ili isključiti/smanjiti (represija).
"Kada ljudi pomisle na CRISPR, pomisle na uređivanje genoma, ali zapravo je CRISPR zapravo složen sustav koji vam omogućuje ciljanje, regrutiranje ili promoviranje određenih aspekata koji su već u DNK", kaže Qi. "Možete regulirati aktivaciju ili potiskivanje određenih gena korištenjem CRISPR-a ne kao alata za rezanje, već kao obvezujućeg alata za privlačenje aktivatora ili represora da induciraju ili potisnu osobine."
Ova sposobnost daje CRISPR-Cas12b prednost u odnosu na CRISPR-Cas12a, osobito kada je cilj aktivacija gena. Osim toga, sustav zadržava sve pozitivne osobine koje su inherentne CRISPR-Cas12a za biljke, uključujući mogućnost prilagođavanja rezova i regulacije gena u širokom rasponu primjena. Zapravo, Qi i njegov laboratorij uspjeli su čak prenamijeniti sustav CRISPR-Cas12b za multipleksirano uređivanje genoma, što znači da možete istovremeno ciljati više gena u jednom koraku.
"Dodana složenost omogućuje ciljanje specifičnijih ili drugih efektora za aktivaciju gena, potiskivanje ili čak epigenetske promjene", kaže Qi. "Ovaj je sustav svestraniji jer se možemo igrati s više modifikacija, više domena, a samim tim i više mogućnosti za projektiranje cijelog sustava. Tek kada imate ovakav hibridni sustav s većom složenošću, dobivate najrobusniju aktivaciju gena i mogućnosti uređivanja."
Početni rad za CRISPR-Cas12b dovršen u ovom radu proveden je na riži, koja je već glavna svjetska kultura. Međutim, Qi i njegov laboratorij nadaju se da će istražiti više sustava za daljnje poboljšanje i poboljšanje inženjeringa biljnog genoma, uključujući razvoj aplikacija za dodatne usjeve.
"Ova vrsta tehnologije pomaže povećati prinos usjeva i održivo hraniti rastuću populaciju u svijetu koji se mijenja. Na kraju, govorimo o širokom utjecaju i javnom dosegu, jer moramo premostiti jaz između onoga što istraživači rade i kako ti utjecaji utječu na svijet", naglašava Qi.
Ovaj rad financiraju Nacionalna zaklada za znanost (NSF nagrada br. IOS-1758745) i Nacionalni institut za hranu i poljoprivredu, Ministarstvo poljoprivrede Sjedinjenih Država (USDA-NIFA nagrada br. 2018-33522-28789).
