CRISPR je danas jedan od najpoznatijih alata za uređivanje gena, ali njegovo podrijetlo još nije do kraja razjašnjeno. Dva nova rada u časopisu Science opisuju virusni sustav koji bi mogao pomoći u rekonstrukciji priče o tome kako su nastali sustavi CRISPR-Cas.
Istraživači su sustav nazvali VIPR, prema engleskom nazivu Viral interference programmable repeat. Pronašli su ga u bakterijskim i virusnim genomima, zajedno s malom nekodirajućom molekulom RNA koja služi kao vodič. Kao i CRISPR, VIPR može prepoznati određenu sekvencu genetskog materijala i usmjeriti djelovanje proteina prema toj meti.
Trag vodi prema sukobu među virusima
Autori rada smatraju da je VIPR možda nastao u drevnoj evolucijskoj utrci među virusima koji napadaju iste bakterije. U takvom bi sukobu virusima koristio obrambeni sustav koji prepoznaje genetski materijal konkurentskog virusa i onemogućuje njegovo razmnožavanje.
Bakterije su takav mehanizam možda kasnije preuzele i prilagodile vlastitoj obrani od virusa. Tijekom evolucije sličan se sustav mogao razviti u složenije oblike CRISPR-a koje danas koristimo u laboratoriju. Istraživači pritom naglašavaju da zasad nemaju dokaz da je VIPR izravni predak CRISPR-a. Sličnosti u građi i načinu rada snažno podupiru moguću vezu, ali između dvaju sustava još nisu pronađeni prijelazni oblici.
Takav nalaz pomiče pitanje podrijetla CRISPR-a izvan bakterijskih obrambenih sustava. Ako su slične molekularne strategije nastajale u različitim skupinama organizama, evolucija je do istog rješenja možda dolazila više puta.
Kako VIPR prepoznaje genetski materijal
VIPR se od poznatih sustava CRISPR razlikuje i po načinu na koji čita ciljnu sekvencu. Njegova vodička RNA ne prianja uz DNK u jednom neprekinutom nizu. Prepoznaje dvije baze, preskače jednu, a zatim nastavlja s iduće dvije. Taj obrazac omogućuje drukčiji način programiranja sustava i jedan je od glavnih razloga zbog kojih je privukao pozornost istraživača.
U laboratorijskim pokusima tim je pokazao da se VIPR može usmjeriti prema odabranoj sekvenci. U bakteriji Escherichia coli smanjio je aktivnost gena koji stvara fluorescentni signal, a pomogao je i u obrani od bakteriofaga, virusa koji napadaju bakterije.
Strukturne snimke pokazale su da se vodička RNA, ciljana DNK i protein mogu složiti u trostruku strukturu. Kod poznatih sustava CRISPR vodička se RNA uglavnom uparuje s jednom niti DNK i pritom razmiče njezine dvije niti. VIPR koristi drukčiji mehanizam: protein oblikuje prostor u kojem RNA prepoznaje cilj.
Što nalaz znači za buduće genetske alate
Autori procjenjuju da bi VIPR zbog male i jednostavne građe mogao poslužiti kao osnova za nove alate koji prepoznaju određene dijelove genoma. U teoriji bi se takvi alati mogli koristiti za uređivanje gena, označavanje pojedinih mjesta na DNK ili promjenu epigenetskih oznaka koje utječu na aktivnost gena. Današnje genetsko inženjerstvo već raspolaže sličnim pristupima, ali svaki novi prirodni sustav može ponuditi drukčiju preciznost i način upravljanja.
To još nisu gotove biotehnološke metode. Istraživači tek trebaju utvrditi koliko je sustav precizan u složenijim stanicama, kako se ponaša izvan bakterija i može li se sigurno preprogramirati za različite ciljeve. Za sada je najvažniji rezultat to što VIPR pokazuje da su se sustavi koji koriste RNA za prepoznavanje genetskog materijala možda pojavili na više mjesta u evoluciji.
Ako se u budućim istraživanjima pronađu prijelazni oblici između VIPR-a i CRISPR-a, znanstvenici će moći preciznije rekonstruirati povijest jednog od najvažnijih molekularnih alata današnje biologije. Ako se takvi oblici ne pronađu, VIPR bi mogao biti primjer neovisnog razvoja sličnih rješenja za isti biološki problem.
