Исследователи из Китая впервые смогли получить полые сферические фотонные кристаллы и разработали методику синтеза таких частиц с разнообразным набором свойств. Авторы считают, что их изобретение может расширить возможности применяемых сейчас биомедицинских «маркеров». Работа опубликована в журнале JACS.

Разнообразие цветов наноматериалов и их зависимость от параметров частиц используется в медицине для создания светящихся «маркеров». Если прикрепить к поверхности наночастиц специфичные антитела, способные «распознавать» определенные виды клеток по антигенам, цветные «метки» соберутся преимущественно вокруг этих клеток. Таким образом, можно, например, легко отличить в сложной смеси отдельные виды бактерий или клеточных культур. В настоящее время для этого широко используются квантовые точки – полупроводниковые нанокристаллы, цвет которых сильно зависит от их размера.

В качестве «маркеров» могут выступать и так называемые фотонные кристаллы. Это материалы, в которых показатель преломления изменяется периодически, причем этот период сравним с длиной волны света. Из-за своего внутреннего строения в фотонном кристалле могут распространяться электромагнитные волны только определенной длины. Материал, таким образом, выступает в роли оптического фильтра, а его цвет зависит от размера частиц, из которых он состоит. Например, природным фотонным кристаллом является опал – в нем сферы из диоксида кремния диаметром несколько сотен нанометров упакованы в периодическую структуру, что обуславливает его оптические свойства.

Американским ученым удалось модифицировать систему редактирования генома CRISPR/Cas9, снизив количество ошибок практически до нуля. Низкая точность была основной преградой к использованию системы на человеке. Статья с полученными результатами опубликована в журнале Science.

Модель работы нуклеазы Cas9

Изображение: Stephen Dixon and Feng Zhang

Система CRISPR/Cas9 состоит из эндонуклеазы Cas9, которая способна разрезать двухцепочечную молекулу ДНК, и связанной с ней молекулы РНК, которая по принципу комплементарности позволяет белку найти нужный участок в геноме. Такая система позволяет редактировать определенные участки ДНК, нацеливаясь на них последовательностью направляющей РНК.

Однако существенный недостаток системы заключается в том, что Cas9 может неспецифично связываться с ДНК — в участках, которые не полностью комплементарны направляющей РНК. Фермент может нарушить последовательности важных генов, что было основной преградой к применению системы CRISPR/Cas9 на человеке.Чтобы исправить это, исследователи заменили три аминокислотных остатка в Cas9 из бактерии Streptococcus pyogenes, что привело к сильному снижению частоты неспецифических разрезов этим ферментом.

Исследователи определили, какие именно аминокислотные остатки нужно заменить, используя данные о структуре фермента. Cas9 имеет положительно заряженную бороздку, с которой связывается отрицательно заряженная ДНК. Ученые смогли предсказать, что замена некоторых положительно заряженных аминокислот в этом месте на нейтральные сделает неспецифическое связывание более слабым. Тогда его частота по сравнению со специфическим снизится.

Поэкспериментировав с несколькими возможными заменами, ученые обнаружили, что мутации трех аминокислотных остатков настолько снижают число неспецифических разрезов, что они не детектируются вовсе. Новый фермент назвали eSpCas9 и в ближайшее время планируют сделать доступным для других исследователей.

Это достижение нельзя недооценить — CRISPR/Cas9 система перспективный инструмент для редактирования генов, мутации в которых вызывают наследственные заболевания. Компания Editas планирует начать клинические испытания на человеке уже в 2017 году.

Анна Образцова