En forskargrupp vid Uppsala universitet har tagit reda på hur CRISPR-Cas9-även känd som "molekylsax"-kan söka genom genomet efter en specifik DNA-sekvens. Cas9 har redan många tillämpningar inom bioteknik och förväntas också revolutionera medicinen. De nya forskningsrönen visar hur Cas9 kan förbättras för att göra molekylsaxen snabbare och mer pålitlig. Studien publiceras i Vetenskap .

På mindre än ett decennium, CRISPR-Cas9 har revolutionerat biologisk forskning. Cas9 gör det möjligt, för särskilda ändamål, att korrigera eller modifiera ('redigera') i huvudsak vilken DNA-sekvens som helst. Förhoppningen är att den genetiska saxen också ska göra det möjligt att bota och förebygga genetiska sjukdomar.

Den spännande aspekten av Cas9 är att molekylen kan programmeras med en bit artificiell genetisk kod, som sedan kan fås att söka upp motsvarande sekvens i genomet. En forskargrupp vid Uppsala universitet har nu upptäckt hur Cas9 hittar rätt sekvens.

'De flesta proteiner som söker DNA -kod kan känna igen en specifik sekvens bara genom att känna utsidan av DNA -dubbelhelixen. Cas9 kan söka efter en godtycklig kod, men för att avgöra om den är på rätt plats måste molekylen öppna den dubbla DNA-spiralen och jämföra sekvensen med den programmerade koden. Det otroliga är att det fortfarande kan söka igenom hela arvsmassan utan att använda någon energi, säger Johan Elf, vem som ansvarar för studien.

Forskarna har utvecklat två nya metoder för att mäta hur lång tid Cas9 tar för att hitta sin målsekvens. Den första metoden visade att det tar så lång tid som sex timmar för Cas9 att söka efter en bakterie, dvs genom fyra miljoner baspar. Detta något osannolika resultat var också verifierbart med hjälp av den andra, oberoende teknik. Den hittade tiden stämmer också överens med antalet millisekunder som Cas9 har tillgängligt för att testa varje position, som forskarna kunde mäta genom att följa märkta Cas9-molekyler i realtid.

'Resultaten visar att priset Cas9 betalar för sin flexibilitet är tid. För att hitta målet snabbare, fler Cas9 -molekyler som söker efter samma DNA -sekvens behövs, säger Johan Elf.

De mycket höga koncentrationerna av Cas9 som är nödvändiga för att hitta rätt sekvens inom en rimlig tidsram kan utgöra allvarliga problem för cellerna som forskarna försöker alternera. Men eftersom sökningsprocessens natur nu är förstått, en viktig ledtråd till hur systemet kan förbättras har hittats. Genom att offra en del av Cas9s flexibilitet, det skulle vara möjligt att designa genetiska saxar som fortfarande är tillräckligt mångsidiga för att redigera olika gener men samtidigt tillräckligt snabba för att vara medicinskt användbara.

"Resultaten har gett oss ledtrådar om hur vi kan uppnå den typen av lösning, säger Elf. "Nyckeln ligger i vad som kallas "PAM-sekvenserna", som avgör var och hur ofta Cas9 öppnar DNA -dubbelhelixen. Molekylär sax som inte behöver öppna spiralen så många gånger för att hitta sitt mål är inte bara snabbare utan skulle också minska risken för biverkningar. "