Editace genomů mikrobiálních komunit je již za rohem

Skupina vědců z Kalifornské univerzity v Berkeley, která se dlouhodobě zabývá vývojem a využitím technologie CRISPR-Cas9, umožňující editaci genomu buňky či mikroorganismu, představila způsob, jak upravovat geny v rámci celé mikrobiální komunity, tedy i několika různých druhů současně. Tento objev otevírá dveře k „editaci komunit“. Hlavním důvodem, jež vedl ke snaze o editaci celé komunity byl předpoklad, že žádný jednotlivý mikroorganismus nevykonává obrovský řetězec metabolických funkcí, nýbrž pouze jednu z jeho částí. Manipulace s geny celé komunity a jejich sledování by tak mohla odpovědět na otázku, co se uvnitř komunit skutečně děje.

Cesta k nalezení nové technologie byla dlouhá. Tým vědců nejprve vyvinul metodu, pomocí níž lze určit, které mikroorganismy v komunitě jsou skutečně náchylné k editaci genů. Technika, jenž dostala název ET-seq (z angl. environmental transformation sequencing), využívá transpozony - tzv. „skákající geny“, které lze snadno vložit do mnoha mikrobiálních genomů. Sekvenováním DNA komunity před a po zavedení transpozonu bylo možné pozorovat, který druh mikroorganismů transpozonový gen začlenil.

Následně vědci vyvinuli systém nazvaný DNA-editing All-in-one RNA-guided CRISPR-Cas Transposase (DART). Ten využívá enzym CRISPR-Cas podobný CRISPR-Cas9, který cílí na konkrétní sekvenci DNA, kam vloží transpozon s čárovým kódem. Tento čárový kód je kompatibilní se systémem ET-Seq, takže vědci mohou po vložení sekvence DNA sledovat a vyhodnocovat účinnost a specifitu vložení. Bez sledování vkládání genů by vložené geny mohly skončit kdekoli, neboť mikroorganismy mezi sebou sdílejí geny neustále.

Techniku DART vědci otestovali na vzorku stolice kojence, přičemž nejprve kultivací vytvořili stabilní mikrobiální společenstvo složené ze 14 různých druhů. V rámci společenství byli schopni editovat jednotlivé kmeny E. coli a následně se zaměřit na geny, které byly spojeny s nemocemi.

Nová, vylepšená technologie CRISPR-Cas9 je sice prozatím využívána pouze v laboratorních podmínkách, ale přináší určitou naději, že by časem bylo možné nejen editovat, ale také sledovat editované mikroorganismy v rámci celé komunity. Takovou komunitou by mohla být například lidská střeva či kořeny rostlin, kde se vyskytuje až tisíce různých mikroorganismů. Bylo by tedy možné vložit gen do střevní mikrobiální komunity za účelem odstranění zažívacích problémů nebo by mohlo být změněno mikrobiální prostředí plodin, což by mohlo zvýšit jejich odolnost vůči škůdcům.

Zdroje: