Ілюстрація: біоматеріали «розумнішають» під дією CRISPR.
Система CRISPR-Cas, про властивості якої стало відомо на початку XXI століття, використовується для спрямованого редагування геномів і здатна принести чимало користі. Розвиток технології може принести людству, зокрема, позбавлення від генетичних захворювань. І велика кількість смачної ГМО-їжі. Фахівці двох американських інститутів - Массачусетського технологічного (MIT, Massachusetts Institute of Technology), що входить в структуру Гарварду Інституту біологічної інженерії Вісса (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) запропонували ще одну роль для CRISPR бути елементом управління - новим типом управління ". При впливі специфічних, визначених завданням, факторів CRISPR-Cas може давати різним смарт-матеріалам сигнал до виділення хімічно пов'язаних речовин, таких як флуоресцентні барвники або активні ферменти. За сигналом можна буде змінювати структуру матеріалу і звільняти інкапсульовані наночастинки.
Стаття про перспективну розробку опублікована в журналі Science.
Система CRISPR-Cas здатна знаходити практично будь-яку цільову послідовність в геномі за допомогою гідової РНК (гРНК, gRNA), а також вирізати і відновлювати подвійну нитку ДНК з хірургічною точністю. Дослідники використовували один з варіантів ферменту Cas - Cas12a - характерний для бактерії Lachnospiraceae, який володіє здатністю розпізнавати і розрізати певні послідовності ДНК, але, що особливо важливо в рамках поставленого завдання, не зупиняється на цьому, і, почавши роботу, неспецифічно розщеплює одноланцюжкову ДНК з великою швидкістю.
CRISPR-чуйні матеріали для доставки невеликих вантажів - одна з варіацій концепції. Дослідники прикріплювали різні корисні навантаження за допомогою двозчіпкових якірних послідовностей ДНК до гідрогелю.
На якірні послідовності націлені довколишні ферменти Cas12a, і в присутності комплементарних гРНК ці послідовності руйнуються. У результаті звільняється корисне навантаження - флуоресцентні молекули або ферменти. Швидкість процесу залежить від відносного споріднення пар гРНК/цільової ДНК, а також властивостей гелю - розмірів пор і щільності цільових якірних послідовностей, перехрестно пов'язаних з матеріалом гелю.
Автори впевнені, що метод може бути використаний, наприклад, для розробки матеріалів з діагностичними можливостями і для екологічного моніторингу.
Була перевірена можливість програмувати структурні зміни в поліакриламідних гідрогелях, які утримували наночастинки або живі клітини. Дослідники використовували ДНК-послідовності для перехрестя зв'язку поліакриламідних ниток один з одним, будуючи таким чином структурні елементи. Видалення цих зв'язків у результаті активності Cas12a призводить до механічних змін у всій гелевій матриці і звільнення навантаження.
Спроектовано і прототипи CRISPR-чуйних матеріалів, які можуть діяти як електричні розмикувачі і клапани для рідин.