Как поменять одну «букву» в геноме и не сломать всё остальное? Объясняем на примере прорыва в St. Jude.

Представьте, что вы редактируете текст в книге, но каждый раз боитесь случайно поменять букву не в том слове. С геномом та же история: даже самые точные CRISPR-инструменты нужно проверять на «внецелевые» изменения ДНК, потому что именно они могут стать главным риском для безопасности. В Детской исследовательской больнице St. Jude заявили, что придумали способ делать такую проверку быстрее, дешевле и без догадок, и уже применили его в клинической работе.

Команда St. Jude представила метод CHANGE-seq-BE (Circularization for High-throughput Analysis of Nuclease Genome-wide Effects by Sequencing Base Editors) для оценки так называемых «базовых редакторов» генома. В отличие от классического CRISPR-Cas9, который разрезает ДНК, базовые редакторы работают тоньше: они находят нужное место и меняют одну «букву» ДНК на другую, аденин или цитозин. Такой подход выглядит безопаснее, но всё равно требует строгой проверки, где именно редактор мог сработать случайно.

По словам руководителя работы Шендара Цая (Shengdar Tsai), CHANGE-seq-BE помогает увидеть «глобальную картину» активности базовых редакторов и подобрать сочетания «редактор плюс цель», которые одновременно хорошо работают и почти не дают побочных эффектов. Статью с описанием метода опубликовали в Nature Biotechnology.

В публикации есть и практический пример: метод использовали, чтобы поддержать экстренное обращение в Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) по терапии для пациента с редким наследственным иммунодефицитом, CD40L-дефицитной X-сцепленной формой синдрома гипер-IgM (X-HIGM). Авторы сообщают, что CHANGE-seq-BE подтвердил 95,4% «попаданий в цель» у применённого базового редактора и не выявил значимой внецелевой активности, то есть дал важные данные по безопасности для ускорения лечения.

Ключевая проблема прежних подходов в том, что приходилось выбирать между полнотой и затратами. Самый прямой путь, полногеномное секвенирование, часто слишком дорогой и долгий. Более экономные методы обычно заранее составляют список «подозрительных» мест и ищут изменения только там, но тогда неожиданную внецелевую правку можно просто не заметить. CHANGE-seq-BE пытается объединить оба мира: искать по всему геному, но секвенировать только то, что действительно похоже на следы редактирования.

Работает это так: исследователи берут весь геном и превращают ДНК в множество маленьких кольцевых фрагментов. Затем эти «кольца» подвергают действию базового редактора. После этого добавляют фермент, который распознаёт признаки произошедшего редактирования и «раскрывает» в линейные цепочки только те кольца, где оно могло случиться. И уже эти линейные фрагменты выборочно секвенируют, экономя ресурсы. Авторы пишут, что при прямом сравнении CHANGE-seq-BE находил почти все участки, которые показывали другие методы, плюс дополнительные, и при этом обходился примерно 5% от числа секвенирующих чтений, нужных конкурентам.

Разработчики также опубликовали экспериментальные протоколы и программные инструменты, чтобы метод было проще внедрять в других лабораториях. По данным St. Jude, CHANGE-seq-BE уже начали включать в планирование клинических исследований, а исследовательские группы используют его, чтобы на ранних этапах отсеивать менее перспективные варианты базового редактирования. Идея простая: быстрее понять, что именно делает редактор в геноме, и быстрее продвигать к пациентам те подходы, которые одновременно эффективны и максимально специфичны.