Биофизика, 2024, № 3

ɊɈɋɋɂɃɋɄȺə ȺɄȺȾȿɆɂə ɇȺɍɄ
 
ȻɂɈɎɂɁɂɄȺ
 
Ɍɨɦ 69    
ɜɵɩ.     2024    Ɇɚɣ—ɂɸɧɶ
ɀɭɪɧɚɥ ɨɫɧɨɜɚɧ ɜ ɹɧɜɚɪɟ 1956 ɝɨɞɚ
ȼɵɯɨɞɢɬ 6 ɪɚɡ ɜ ɝɨɞ
ISSN: 0 
006-3029
1956-1962 ɝɝ. — ɝɥ. ɪɟɞ. Ⱥ.Ɇ. ɄɍɁɂɇ
1962-1976 ɝɝ. — ɝɥ. ɪɟɞ. Ƚ.Ɇ. ɎɊȺɇɄ
19 
76-1977 ɝɝ. — ɝɥ. ɪɟɞ. Ʌ.Ⱥ. ȻɅɘɆȿɇɎȿɅɖȾ
197 
7-1989 ɝɝ. — ɝɥ. ɪɟɞ. Ⱥ.Ⱥ. ɄɊȺɋɇɈȼɋɄɂɃ
1989-2022 ɝɝ. — ɝɥ. ɪɟɞ. ȿ.ȿ. ɎȿɋȿɇɄɈ
ɀɭpɧ 
ɚɥ ɢɡɞɚɟɬɫɹ ɩɨɞ pɭɤɨɜɨɞcɬɜɨɦ
Ɉɬɞɟɥɟɧɢɹ ɛɢɨɥɨɝɢɱɟcɤɢx ɧɚɭɤ ဂȺɇ
Ƚɥɚɜɧɵɣ ɪɟɞɚɤɬɨɪ
ɉ.ə. Ƚɪɚɛɚɪɧɢɤ
Ɋɟɞɚɤ 
ɰɢɨɧɧɚɹ ɤɨɥɥɟɝɢɹ
ȼ.ɋ. Ⱥɤɚɬɨɜ, ȼ.Ƚ. Ⱥɪɬɸɯɨɜ, Ⱥ.Ɏ. ȼɚɧɢɧ, ɂ.Ɇ. ȼɢɯɥɹɧɰɟɜ,
Ɉ.ȼ. Ƚɚɥɡɢɬɫɤɚɹ, ɇ.Ƚ. ȿɫɢɩɨɜɚ (ɨɬɜɟɬɫɬɜɟɧɧɵɣ ɫɟɤɪɟɬɚɪɶ), ȼ.Ɇ. Ʉɨɦɚɪɨɜ, 
Ɇ.ɋ. Ʉɨɧɞɪɚɬɶɟɜ, ɇ.ɂ. Ʉɭɤɭɲɤɢɧ, ȼ.ɘ. Ɇɚɤɟɟɜ, Ⱦ.ɘ. ɇɟɱɢɩɭɪɟɧɤɨ, 
Ɉ.ɇ. Ɉɡɨɥɢɧɶ, ɇ.ȼ. ɉɟɧɶɤɨɜ, ɋ. ɉɟɬɪɨɜɫɤɢɣ, ɂ.ɘ. ɉɟɬɪɭɲɚɧɤɨ,
Ƚ.ɘ. Ɋɢɡɧɢɱɟɧɤɨ, Ⱥ.Ȼ. Ɋɭɛɢɧ, ȿ.ɂ. ɋɥɨɛɨɠɚɧɢɧɚ, Ⱥ.ɂ. ɋɭɲɤɨɜ,
ȼ.Ⱥ. Ɍɜɟɪɞɢɫɥɨɜ, ȼ.Ƚ. Ɍɭɦɚɧɹɧ, ɋ.ɇ. ɍɞɚɥɶɰɨɜ,
ȿ.ȿ. Ɏɟɫɟɧɤɨ ɦɥ. (ɡɚɦɟɫɬɢɬɟɥɶ ɝɥɚɜɧɨɝɨ ɪɟɞɚɤɬɨɪɚ), ȿ.ə. Ɏɪɢɫɦɚɧ,
Ʉ.ȼ. ɒɚɣɬɚɧ (ɡɚɦɟɫɬɢɬɟɥɶ ɝɥɚɜɧɨɝɨ ɪɟɞɚɤɬɨɪɚ), Ɇ.Ƚ. ɒɚɪɚɩɨɜ
Ɋɟɞɚɤ 
ɰɢɨɧɧɵɣ ɫɨɜɟɬ
Ɏ.ɂ. Ⱥɬɚɭɥɥɚɯɚɧɨɜ, ɘ.Ⱥ. ȼɥɚɞɢɦɢɪɨɜ, ɂ.Ⱦ. ȼɨɥɨɬɨɜɫɤɢɣ,
Ⱥ.ɘ. Ƚɪɨɫɛɟɪɝ, Ⱥ.Ƚ. Ⱦɟɝɟɪɦɟɧɞɠɢ, Ƚ.Ɋ. ɂɜɚɧɢɰɤɢɣ, Ⱥ.Ⱥ. Ʉɪɚɫɧɨɜɫɤɢɣ, 
Ⱥ.Ⱥ. Ɇɚɤɚɪɨɜ, Ⱦ.ɂ. Ɋɨɳɭɩɤɢɧ, Ⱥ.Ȼ. Ɋɭɛɢɧ, ȼ.Ɉ. ɋɚɦɨɣɥɨɜ,
ȿ.ȿ. Ɏɟɫɟɧɤɨ, Ⱥ.ȼ. Ɏɢɧɤɟɥɶɲɬɟɣɧ, Ɇ.Ⱦ. Ɏɪɚɧɤ-Ʉɚɦɟɧɟɰɤɢɣ
Ɋɟɞɚɤ 
 
ɬɨɪɵ ɬɟɦɚɬɢɱɟɫɤɨɝɨ ɜɵɩɭɫɤɚ
ɆɆ ȻɨɪɢɫɨɜɚɆɭɛɚɪɚɤɲɢɧɚ ȿɋ ȼɵɫɨɰɤɢɣ Ⱥȿ ɋɨɥɨɜɱɟɧɤɨ,
 ɇȼ ɋɭɜɨɪɨɜ ȼȼ Ɍɭɱɢɧ ȺȺ ɐɵɝɚɧɤɨɜ
Ɂɚɜɟɞɭɸɳɚɹ ɪɟɞɚɤɰɢɟɣ Ɇ.Ⱥ. ɉɭɰɟɧɤɨɜɚ
Ⱥɞɪɟɫ ɪɟɞɚɤɰɢɢ: 142290, ɉɭɳɢɧɨ, ɉɪɨɫɩ. ɇɚɭɤɢ, 3, ɨɮ. 226
Ɍɟɥɟɮɨɧ +7(963)698-77-22
E-mail: biophysica1@mail.ru
Ɇɨɫɤɜ 
ɚ
ɎȽȻɍ  
«ɂɡɞɚɬɟɥɶɫɬɜɨ «ɇɚɭɤɚ»
© Ɋɨɫɫɢɣɫɤɚɹ ɚɤɚɞɟɦɢɹ ɧɚɭɤ 2024
© Ɋɟɞɤɨɥɥɟɝɢɹ ɠɭɪɧɚɥɚ
    «Ȼɢɨɮɢɡɢɤɚ» (ɫɨɫɬɚɜɢɬɟɥɶ) 2024

СОДЕРЖАНИЕ
Том 69, номер 3, 2024
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА
Фоторегулируемые на уровне направляющей РНК системы CRISPR/Cas 
Л.В. Саковина, Е.С. Горленко, Д.С. Новопашина 
421
Влияние генистеина на структуру нуклеосом и образование комплексов с PARP1
Т.В. Андреева, А.В. Ефременко, А.В. Феофанов, А.В. Любителев, А.Н. Коровина, 
В.М. Студитский, Н.В. Малюченко
432
Воздействие тория-232 на биолюминесцентную ферментативную систему 
и радиопротекторная активность гуминовых веществ
, О.В. Колесник, А.С. Сачкова, Н.Ю. Романова, Д. И. Стом, Н.С. Кудряшева 
444
Т.В. Рожко
Влияние вязких сред на квантовый выход биолюминесценции в реакции, 
катализируемой бактериальной люциферазой 
А.Е. Лисица, Л.А. Суковатый, В.А. Кратасюк, Е.В. Немцева 
455
БИОФИЗИКА КЛЕТКИ
Участие карбоангидраз хлоропластов высших C3-растений в адаптационных изменениях 
фотосинтетических реакций
Б.Н. Иванов, Н.Н. Руденко
466
Адаптация первичных реакций фотосинтеза в клетках Chlamydomonas reinhardtii 
к действию кадмия: анализ гетерогенности популяции
А.А. Волгушева, И.В. Конюхов, Т.К. Антал
478
Оценка гетерогенности антенны и активности кислород-выделяющего комплекса
фотосистемы II математическими методами
Н.С. Дегтерева, Т.Ю. Плюснина, С.С. Хрущев, Р.Н. Червицов, Е.Н. Воронова,
О.В. Яковлева, Т.К. Антал, Г.Ю. Ризниченко, А.Б. Рубин
486
Фотохимическое преобразование энергии дальнего красного света в реакционных 
центрах фотосистемы 1 из цианобактерии Acaryochloris marina
А.A. Петрова, A.P. Casazza, S. Santabarbara, Д.А. Черепанов
498
Влияние катионных антисептиков на спектральные характеристики и транспорт 
электрона в изолированных фотосинтетических комплексах фотосистем I и II
В.З. Пащенко, Е.П. Лукашев, М.Д. Мамедов, Д.А. Гвоздев, Б.Н. Корватовский,
П.П. Нокс, М.Г. Страховская
515
Антиоксидантные свойства растительного пластохинона in vivo и in vitro
Д.В. Ветошкина, А.А. Николаев, М.М. Борисова-Мубаракшина
527
Иccледование влияния физико-химических факторов на частоту трансдукции 
плазмид бактериофагом RB49
А.Н. Никулина, Н.А. Никулин, А.А. Зимин
544
Эффекты кофейной кислоты, гиспидина и обнаруженного стимулирующего компонента 
на свечение мицелия и люминесцентной системы базидиомицета Neonothopanus nambi
Н.О. Ронжин, Е.Д. Посохина, В.М. Ле, О.А. Могильная, Ю.В. Захарова, 
А.С. Сухих, В.С. Бондарь
557
Биолюминесцентная тест-система на основе рекомбинантной люциферазы светляка 
L. mingrelica для изучения эффективности действия гентамицина на живые клетки E. coli
Г.Ю. Ломакина, С.С. Каминская , Н.Н. Угарова
565

Блокаторы потенциал-зависимых натриевых каналов на основе азобензола 
с управляемой светом местноанестетической и антиаритмической активностью
А.Н. Ноев, С.Г. Коваленко, Э.Д. Гатаулина, Е.А. Турчанинова, В.Д. Джабраилов, А.А. Аитова,
Д.А. Лихобабина, Ж.А. Сутемьева, Ш.Р. Фролова, Л.Э. Руппель, Д.А. Минаков, Н.В. Суворов, 
П.В. Островерхов, Ю.Л. Васильев, М.В. Николаев, В.А. Цвелая, К.И. Агладзе, М.А. Грин
574
Уникальные особенности люминесцентного гриба Mycena gombakensis
А.П. Пузырь, Е.Д. Посохина, А.А. Тимофеев, А.Е. Буров, С.Е. Медведева, И.Н. Павлов  
594
БИОФИЗИКА CЛОЖНЫX CИCТЕМ
Измерения фотохимического индекса отражения как инструмент дистанционного 
мониторинга фотосинтетических параметров растений
Ю.А. Золин, Е.М. Сухова, В.С. Сухов
603
Влияние комбинации локального умеренного нагрева и освещения на показатели 
водного обмена интактных частей пшеницы, измеренные тепловизионным методом
А.Ю. Попова, Ю.А. Золин, В.С. Сухов, Е.М. Сухова, Л.М. Юдина
615
Подводные измерения спектров проходящего света в стратифицированных водоемах
беломорского побережья как ключ к пониманию пигментного состава фототрофов 
в зоне хемоклина
Е.А. Лабунская, Д.А. Воронов, В.И. Лобышев, Е.Д. Краснова
627
МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА 
Кинетика длительной люминесценции эритрозина в тканях молочной железы in vitro
С.Н. Летута, А.Т. Ишемгулов, М.А. Сеньчукова
647
Комбинированная фотодинамическая и плазмонная фототермическая терапия 
в модели крыс с перевитыми опухолями
А.Б. Бучарская, Н.А. Наволокин, Д.А. Мудрак, Г.Н. Маслякова, Б.Н. Хлебцов, 
Н.Г. Хлебцов, В.Д. Генин, Э.А. Генина, В.В. Тучин 
656
Влияние компонентного состава слюны на направленность биферментного
биолюминесцентного анализа в зависимости от вида физической нагрузки
В.В. Малышева, Л.В. Степанова, А.М. Вышедко, Л.В. Бельская, Е.А. Сарф,
З. Халджанова, О.А. Коленчукова, В.А. Кратасюк 
664
Применение биолюминесцентного ферментативного биотеста для анализа слюны
работников железнодорожного транспорта с целью мониторинга функционального
состояния организма в условиях трудовой деятельности
Л.В. Степанова, О.А. Коленчукова , Г.В. Жукова, О.С. Сутормин, В.А. Кратасюк 
674
ХРОНИКА 
Фотобиология в России
А.А. Цыганков, М.М. Борисова-Мубаракшина, Е.С. Высоцкий, 
А.Е. Соловченко, Н.В. Суворов, В.В Тучин 
684

Contents
Vol. 69, No. 3, 2024
Molecular Biophysics
CRISPR/Cas System Photocontrolled at the Guide RNA Level
L.V. Sakovina, E.S. Gorlenko, and D.S. Novopashina
421
Influence of Genistein on the Structure of Nucleosomes and Formation 
of Complexes With PARP1
T.V. Andreeva, A.V. Efremenko, A.V. Feofanov, A.V. Lyubitelev, A.N. Korovina,
V.M. Studitsky, N.V. Malyuchenko
432
Effects of Thorium-232 on the Bioluminescent Enzymatic System and Radioprotective 
Activity of Humic Substances
T.V. Rozhko
, O.V. Kolesnik, A.S. Sachkova, N.Yu. Romanova,
D. I. Stom, and N.S. Kudryasheva
444
Effect of Viscous Media on the Quantum Yield of Bioluminescence in a Reaction Catalyzed 
by Bacterial Luciferase
 A.E. Lisitsa, L.A. Sukovatyi, V.A. Kratasyuk, and E.V. Nemtseva
455
Cell Biophysics
The Involvement of Carbonic Anhydrases in Chloroplasts of C3 Higher Plants 
in Adaptation Changes of Photosynthetic Reactions
B.N. Ivanov and N.N. Rudenko
466
Acclimation of Primary Photosynthetic Reactions in the Cells of Chlamydomonas reinhardtii 
to Cadmium: Analysis of Cell Population Heterogeneity
А.А. Volgusheva,  I.V. Konyukhov, and T.K. Antal
478
Assessment of Antenna Heterogeneity and Activity of the Oxygen-Evolving Complex
of Photosystem II Using Mathematical Methods
N.S. Degtereva, T.Yu. Plyusnina, S.S. Khrushchev, R.N. Chervitsov, E.N. Voronova, 
O.V. Yakovleva, T.K. Antal, G.Yu. Riznichenko, and A.B. Rubin
486
Photochemical Energy Conversion of Far-Red Light in Photosystem I Reaction Centers
from Cyanobacterium Acaryochloris marina
A.A. Petrova, A. P. Casazza, S. Santabarbara, and D.A. Cherepanov
498
The Effect of Cationic Antiseptics on Spectral Characteristics and Electron Transport
in Isolated Photosynthetic Complexes of Photosystems I and II
V.Z. Pashchenko, E.P. Lukashev, M.D. Mamedov, D.A. Gvozdev, B.N. Korvatovsky, 
P.P. Knox, and M.G. Strahovskaya
515
Antioxidant Properties of Plant Plastoquinone in vivo and in vitro
D.V. Vetoshkina, A.A. Nikolaev, and M.M. Borisova-Mubarakshina
527
Study of the Influence of Physicochemical Factors on Frequency of Plasmid Transduction
by Bacteriophage RB49
A.N. Nikulina, N.A. Nikulin, and A.A. Zimin
544
Effects of Caffeic Acid, Hispidin and the Discovered Stimulating Component on Luminescence 
of Mycelium and a Luminescent System of Basidiomycete Neonothopanus nambi
N.O. Ronzhin, E.D. Posokhina, V.M. Le, O.A. Mogilnaya, Yu.V. Zakharova,
A.S. Sukhikh, and V.S. Bondar
557

Bioluminescent Test System Based on Recombinant L. mingrelica Firefly Luciferase 
as a Means of Investigating the Efficacy of Gentamicin Effect on E. coli Living Cells
G.Yu. Lomakina, S.S. Kaminskaya, and N.N. Ugarova
565
Azobenzene-Based Voltage-Gated Sodium Channel Blockers with Light-Controlled
Local Anesthetic and Antiarrhythmic Activity
A.N. Noev, S.G. Kovalenko, E.D. Gataulina, E.A. Turchaninova, V.D. Dzhabrailov, A.A. Aitova,
D.A. Likhobabina, J.A. Sutemieva, S.R. Frolova, L.E. Ruppel, D.A. Minakov, N.V. Suvorov, 
P.V. Ostroverkhov, Yu.L. Vasil’ev, M.V. Nikolaev, V.A. Tsvelaya, K.I. Agladze, and M.A. Grin
574
Unique Features of the Luminescent Mushroom Mycena gombakensis
A.P. Puzyr, E.D. Posokhina, A.A. Timofeev, A.E. Burov, 
S.E. Medvedeva, and I.N. Pavlov
594
Complex Systems Biophysics
Measurements of Photochemical Reflectance Index as a Tool for Remote Monitoring 
of Photosynthetic Parameters of Plants
Yu.A. Zolin, E.M. Sukhova, and V.S. Sukhov
603
The Influence of a Combination of Local Moderate Heating and Lighting 
on the Indicators of Water Metabolism of Intact Parts 
of Wheat Based on Thermal Imaging
A.Yu. Popova, Yu.A. Zolin, V.S. Sukhov, E.M. Sukhova, and L.M. Yudina
615
Underwater Measurements of Transmitted Light Spectra in Stratified Water Bodies 
on the White Sea Coast as a Key to the Understanding of Pigment Composition 
of Phototrophs in the Chemocline Zone
E.A. Labunskaya, D.A. Voronov, V.I. Lobyshev, and E.D. Krasnova
627
Medical Biophysics
Long-Term Luminescence Kinetics of Erythrosine in Breast Tissue in vitro
S.N. Letuta, A.T. Ishemgulov, and M.A. Senchukova
647
Photodynamic and Plasmonic Photothermal Combination Therapy 
in a Rat Model of Transplanted Tumors 
A.B. Bucharskaya, N.A. Navolokin, D.A. Mudrak, G.N. Maslyakova, B.N. Khlebtsov, 
N.G. Khlebtsov, V.D. Genin, E.A. Genina, and V.V. Tuchin
656
The Influence of Salivary Constituents on the Activity of Bioluminescent Double 
Enzyme-Based System Depending on the Type of Physical Exertion
V.V. Malysheva, L.V. Stepanova, A.M. Vyshedko, L.V. Bel’skaya, E.A. Sarf, Z. Khaljanova,
O.A. Kolenchukova, and V.A. Kratasyuk
664
The Use of the Bioluminescent Enzyme Bioassay for the Analysis of Saliva of Railway Transport 
Workers to Monitor the Functional State of the Body in the Conditions of Labor Activity
 L.V. Stepanova, O.A. Kolenchukova, G.V. Zhukova,
O.S. Sutormin, and V.A. Kratasyuk
674
Cronicle
 Photobiology in Russia
 A.A. Tsygankov, M.M. Borisova-Mubarakshina, E.S. Vysotsky, A.E. Solovchenko, 
N.V. Suvorov, and V.V. Tuchin
684

БИОФИЗИКА, 2024, том 69, № 3, с. 421–431
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА
УДК 577.113.4
ФОТОРЕГУЛИРУЕМЫЕ НА УРОВНЕ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ 
РНК СИСТЕМЫ CRISPR/Cas 
© 2024  г.   Л.В. Саковина*, **, Е.С. Горленко*, **, Д.С. Новопашина*, **, #
*Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, 
просп. Акад. Лаврентьева, 8, Новосибирск, 630090, Россия
**Новосибирский государственный университет, ул. Пирогова, 1, Новосибирск, 630090, Россия
#E-mail: danov@niboch.nsc.ru
Поcтупила в pедакцию 17.01.2024 г.
Поcле доpаботки 17.01.2024 г.
Пpинята к публикации 21.02.2024 г.
Повышение эффективности и точности систем геномного редактирования является актуальной задачей современной молекулярной биологии и генетической инженерии. Особый интерес вызывает
создание регулируемых систем CRISPR/Cas, активностью которых можно управлять с использованием различных физико-химических стимулов, таких как облучение светом, изменение рН, температура, изменение концентраций определенных веществ и др. Многообещающим направлением в
этой области является разработка подходов к регуляции активности на уровне направляющей РНК
за счет введения фоточувствительных модификаций в структуру и последовательность направляющей РНК, а также вспомогательных олигонуклеотидов. Данный обзор посвящен анализу работ в
области создания фоточувствительных направляющих РНК и их использования в системах редактирования генома CRISPR.
Ключевые слова: регулируемые системы CRISPR/Cas9, УФ-облучение, направляющая РНК, фоторасщепляемый линкер, фотоблокирующие олигонуклеотиды. 
DOI: 10.31857/S0006302924030012,  EDN: OGPSDR
Создание контролируемых молекулярно-биологических систем, в том числе систем геномного
редактирования, является перспективным подходом к получению регулируемых в пространстве и
времени инструментов, которые могут быть использованы в различных областях клеточной и
молекулярной биологии, биотехнологии, биохимии, агробиологии и биоорганической химии. 
фотолабильных групп, позволяет исследователям
проводить эксперименты с высоким пространственно-временным разрешением, так как исключена возможность проявления биологической активности олигонуклеотида до момента
облучения. Эта стратегия была успешно использована для контролируемой регуляции экспрессии генов с помощью фотоблокированных антисмысловых олигонуклеотидов [1], малых интерферирующих РНК [2, 3], микроРНК [4] и
анти-микроРНК [5], для контролируемого редактирования генома с использованием системы
CRISPR/Cas (CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) – регулярно расположенные кластеры коротких палиндромных
повторов) [6, 7], а также в других областях молекулярной биологии и биохимии [8].
В настоящее время синтетические олигонуклеотиды широко применяются в молекулярной
биологии и биохимии для регуляции таких фундаментальных биологических процессов, как
транскрипция и трансляция. Фотоблокированные молекулы ДНК и РНК, содержащие в своей
цепи фоточувствительные блокирующие группы
или фоторасщепляемые линкеры, могут применяться для фоторегуляции экспрессии генов.
Такой подход, основанный на использовании
Сокращения: CRISPR – регулярно расположенные кластеры коротких палиндромных повторов (clustered regularly
interspaced short palindromic repeats), sgРНК – объединенная направляющая рибонуклеиновая кислота (single guide
RNA), crРНК – CRISPR РНК, tracrРНК – транс-активирующая CRISPR РНК (trans-activating CRISPR RNA),
УФ – ультрафиолетовый.
Открытие систем иммунитета бактерий, а
именно CRISPR-систем, позволило создать уникальный инструмент геномного редактирования.
В частности, система CRISPR/Cas9 в настоящее
время является мощным инструментом редактирования генов in vivo [9–11]. Всего два компонента системы, нуклеаза Cas9 и единая направляющая РНК (sgРНК), формируют эффекторный
421

САКОВИНА и др.
Рис. 1. (а) – Подходы к регуляции систем CRISPR/Cas9. (б) – Варианты фоторегуляции системы CRISPR/Cas9 на
уровне направляющей РНК.
Фотоконтролируемые элементы могут быть
введены в состав белковой компоненты системы,
в направляющую РНК или доставляющий агент.
Необходимо отметить, что большинство работ по
созданию фоторегулируемых систем геномного
редактирования в настоящее время выполнено на
системе CRISPR/Cas9 и существует лишь несколько работ по созданию других типов фоторегулируемых систем геномного редактирования
[15].
комплекс и вносят двуцепочечные разрывы в
определенные последовательности ДНК. В другом варианте используется  пара направляющих
РНК, CRISPR-РНК и транс-активирующая РНК
(сrРНК/tracrРНК), в комплексе с нуклеазой Cas9.
Разработка подходов к контролируемому включению и выключению системы CRISPR/Cas9 является одной из актуальных задач синтетической
биологии, молекулярной биологии, биоорганической химии и генетической инженерии [12].
В литературе описаны подходы с использованием фотоактивируемой CRISPR-системы, в которой белок Сas9 конъюгирован с другими фоточувствительными биомолекулами [7, 16, 17] или
содержит фотомодифицированный аминокислотный остаток [18, 19]. Активно разрабатываются и используются фотоактивируемые системы
геномного редактирования, регулируемые на
уровне доставщиков [20–22].
В настоящее время созданы платформы
CRISPR, регулируемые физическими стимулами:
облучением, магнитным полем, температурным
или ультразвуковым воздействием [13, 14]. Воздействие физическими факторами на такие системы позволяет контролировать активность,
структуру, функции, транспорт, экспрессию и
выведение компонентов CRISPR/Cas9-систем из
организма (рис. 1а).
БИОФИЗИКА 
 том 69 
 № 3 
 2024

ФОТОРЕГУЛИРУЕМЫЕ НА УРОВНЕ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ РНК СИСТЕМЫ
423
Достаточно большое количество работ посвящено 
созданию 
фоторегулируемых 
систем
CRISPR/Cas9, в которых используются подходы
к регуляции на уровне направляющих РНК. Данный обзор посвящен именно таким регулируемым системам геномного редактирования. 
ПОДХОДЫ К ФОТОРЕГУЛЯЦИИ 
АКТИВНОСТИ CRISPR/Cas9 НА УРОВНЕ 
НАПРАВЛЯЮЩЕЙ РНК
В настоящее время в области создания фоторегулируемых направляющих РНК для систем
CRISPR можно выделить четыре основных направления: 1) использование дополнительных
блокирующих олигонуклеотидов, облучение которых приводит к их разрушению и активации
направляющей РНК; 2) введение фотоблокирующих группировок в состав направляющих РНК
для активации РНК путем облучения; 3) введение
фоторасщепляемых линкеров в состав направляющих РНК, позволяющих разрушить направляющую РНК облучением и дезактивировать систему; 4) создание кольцевых или замкнутых направляющих РНК, которые не активны до
облучения, а после облучения линеаризуются и
способны выполнять свои функции в составе
CRISPR-систем (рис. 1б).
Кроме этих четырех вариантов существует еще
несколько единичных работ, где используются
отличные от представленных на рисунке подходы
к фоторегуляции системы CRISPR/Cas9.
линкеров на основе (1-(2-нитрофенил)-пропандиола) (рис. 2а).
Блокирующие олигонуклеотиды связываются
с sgРНК, образуя комплементарный дуплекс, не
позволяющий sgРНК сформировать комплекс с
ДНК-мишенью 
и 
инициировать 
работу
CRISPR/Cas9 системы. При воздействии двухпятисекундного облучения (λ = 365 нм) блокирующий олигодезоксирибонуклеотид гидролизуется с образованием коротких олигомеров, обладающих меньшим сродством к sgРНК. Авторы назвали свой подход CRISPR-плюс (рис. 2в).
После облучения направляющая РНК к ДНК гена EGFP высвобождается, связывается с мишенью и запускает работу CRISPR-системы, в результате происходит подавление синтеза EGFP и
уменьшение флуоресценции белка в клетках.
Аналогичный подход был впоследствии использован и в работе российских авторов, также
использовавших фоторасщепляемые блокирующие 
РНК 
для 
фотоактивации 
системы
CRISPR/Cas9 [23]. В этой работе авторы использовали аналогичный фоторасщепляемый линкер,
но уже на основе 1-(2-нитрофенил)-1,2-этандиола (рис. 2б). В модельной системе продемонстрирована 
возможность 
фотоактивации 
систем
CRISPR/Cas9, содержащих как sgРНК, так и пару
направляющих РНК crРНК/tracrРНК. 
Использование фоторасщепляемого блокирующего олигонуклеотида, содержащего остаток
пирена на 3'-конце, позволило авторам работы
[24] иммобилизовать направляющую РНК на поверхности углеродных наночастиц (углеродные
нанотрубки, парамагнитные железные наночастицы в углеродной оболочке) (рис. 2г). 
До облучения направляющая crРНК иммобилизована на поверхности углеродных наночастиц, в результате облучения происходит гидролиз блокирующего олигодезоксирибонуклеотида
и высвобождение направляющей РНК. Авторы
работы продемонстрировали возможность высвобождения направляющей РНК с поверхности
углеродных наночастиц под действием ультрафиолетового (УФ) облучения, в результате которого
происходила активация системы CRISPR/Cas9 и
гидролиз ДНК-мишени.
Использование одностенных углеродных нанотрубок и парамагнитных железных наночастиц
в углеродной оболочке может оказаться перспективным подходом к доставке компонентов системы геномного редактирования в клетки. 
В работе [25] описано использование дополнительного фоторасщепляемого олигонуклеотида для введения компонентов CRISPR/Cas9 в систему доставки на основе ДНК-нанокольца. Для
закрепления комплексов sgРНК/Cas9 в структуре
ДНК-нанокольца в последовательность sgРНК
добавляли олигонуклеотидный фрагмент, комИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ 
БЛОКИРУЮЩИХ ОЛИГОНУКЛЕОТИДОВ, 
КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ
НАПРАВЛЯЮЩЕЙ РНК
Исторически первым подходом к фоторегуляции системы CRISPR был подход с использованием дополнительных блокирующих олигонуклеотидов (протекторов), которые связываются со
спейсером направляющей РНК и блокируют его
взаимодействие с ДНК-мишенью. Такой подход
более прост в реализации в сравнении с химическим синтезом достаточно протяженных фотомодифицированных направляющих РНК длиной от
42 нуклеотидов (в случае crРНК) и до 102–
120 нуклеотидов (в случае sgРНК). В состав блокирующих олигодезоксирибонуклеотидов в ходе
химического синтеза вводили фоторасщепляемые линкеры, способные при облучении ультрафиолетовым светом разрушать фосфодиэфирную
связь и приводить к гидролизу олигонуклеотида в
заданном положении. Впервые такой подход был
предложен и апробирован в работе [6]. Авторы
работы использовали комплементарные sgРНК
олигодезоксирибонуклеотиды, которые содержали в себе один или несколько фоторасщепляемых
БИОФИЗИКА 
 том 69 
 № 3
 2024

САКОВИНА и др.
Рис. 2. (а) – Структура фоторасщепляемого линкера на основе (1-(2-нитрофенил)-пропандиола). (б) – Структура
фоторасщепляемого линкера на основе 1-(2-нитрофенил)-1,2-этандиола. (в) – Концепция CRISPR-плюс. (г) –
Фоторегулируемое высвобождение направляющей crРНК с поверхности углеродных нанотрубок и активация
системы CRISPR/Cas9. (д) – Система CRISPR/Cas9, заключенная внутрь ДНК-нанокольца. Структура
фоторасщепляемого линкера Х представлена на панели (а).
вации системы на 5'-конец sgРНК добавляли
олигонуклеотидный участок для взаимодействия
с дополнительным олигонуклеотидом (рис. 3б).
Дополнительные олигонуклеотиды конструировали таким образом, чтобы они могли разрушать
в первом случае внутримолекулярный комплекс
sgРНК, а во втором случае – дуплекс между спейсером sgРНК и протоспейсером в ДНК-мишени.
плементарный дополнительному фоторасщепляемому олигодезоксирибонуклеотиду (рис. 2д). 
Этот дополнительный олигонуклеотид содержит фрагмент, комплементарный sgРНК и ДНК«якорю» (якорная последовательность) в составе
ДНК-нанокольца. В состав нанокольца вводили
12 ДНК-«якорей». При облучении дополнительный олигонуклеотид, связывающий sgРНК и
ДНК-«якорь» в составе нанокольца, разрушался
и комплекс sgРНК/Cas9 высвобождался. 
Другим 
вариантом 
регуляции 
системы
CRISPR/Cas9 является использование дополнительного фотоблокированного олигонуклеотида,
который может взаимодействовать с sgРНК только после облучения и удаления блокирующих
группировок (рис. 3). В качестве фотоблокирующих групп в составе олигонуклеотида использовали 6-нитропиперонилоксиметильные группировки, 
введенные 
по 
остаткам 
тимидина
(рис. 3в). 
Этот подход был предложен в работе [26] в двух
вариантах: для активации и для инактивации системы CRISPR/Cas9. В случае активации в состав
sgРНК на 3'-конец добавляли олигонуклеотидный фрагмент, комплементарно взаимодействующий со спейсером и дополнительным олигонуклеотидом (рис. 3а). Для возможности инактиПодход к фоторегуляции с использованием
фоторасщепляемых блокирующих олигонуклеотидов 
был 
адаптирован 
к 
системе
CRISPR/Cas12а, которая отличается более короткой направляющей РНК и нуклеазой [15, 27]. Интересной 
особенностью 
РНК-направляемой
ДНКазы Cas12a является ее способность после
узнавания и гидролиза целевой ДНК-мишени
(цис-расщепление) гидролизовать любые одноцепочечные ДНК не зависимо от их последовательности (транс-расщепление) [28, 29]. Дженнифер
Даудной с коллегами был предложен подход к детекции вируса папилломы в клинических образцах с использованием Cas12a нуклеазы, действие
которой основано на этой необычной способности 
нуклеазы. 
Такой 
подход 
был 
назван
DETECTR (DNA Endonuclease-Target CRISPR
Trans Reporter) [30].
БИОФИЗИКА 
 том 69 
 № 3 
 2024

ФОТОРЕГУЛИРУЕМЫЕ НА УРОВНЕ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ РНК СИСТЕМЫ
425
Рис. 3. Подходы к включению/выключению направляющей РНК с использованием фотоактивируемого замещения
цепи для функционального контроля системы CRISPR/Cas9: (а) – активация системы, (б) – инактивация системы.
(в) – Структуры фотоблокированных азотистых оснований урацила, тимина и гуанина с фотоотщепляющимися 6нитропиперонилоксиметильными (НПОМ) группировками и нуклеотида, содержащего в 2'-положении 1-(4-(2диметиламино)этокси)5-метокси-2-нитрофенил)этилкарбонильную (ДМНЭК) группу. (г) – Схематическое
изображение вариантов активации направляющих РНК в результате облучения.
В работах [15, 27] описана разработка и использование такой системы детекции с возможностью оптической активации. Такой подход
позволяет увеличить специфичность работы системы DETECTR.
ФОТОБЛОКИРОВАННЫЕ 
НАПРАВЛЯЮЩИЕ РНК
группировки в N3-положение уридина и в N1-положение гуанозина в области спейсера (рис. 3в).
Олигорибонуклеотиды получали твердофазным
фосфитамидным методом синтеза. После действия УФ-излучения происходило отщепление
блокирующих группировок и восстановление активности комплекса Cas9:sgРНК, что приводило
к гидролизу ДНК-мишени в клетках зародышей
рыб Danio rerio. Активность системы геномного
редактирования регистрировали с использованием репортерной системы с участием гена флуоресцентного белка EGFP. При активации системы CRISPR/Cas9 наблюдали уменьшение флуоресценции белка в клетках.
Аналогичные результаты были получены в
работе [32], где авторы также использовали фотоблокирующие группировки, введенные по
гетероциклическому основанию в ходе твердофазного фосфитамидного синтеза олигорибонуклеотидов в составе модифицированных фосфитамидов (рис. 3г). Работу проводили на нескольких
линиях клеток и на эмбрионах рыбок Danio rerio. 
В работе [33] авторы модифицировали направляющую sgРНК по 2'-положению рибозы не
В других вариантах фоторегуляции работы системы CRISPR/Cas9 используют модифицированные sgРНК или crРНК, содержащие фотоблокирующие группировки в различных положениях
олигорибонуклеотидной цепи. В литературе
представлены варианты sgРНК и crРНК, содержащие фотоотщепляемые блокирующие группировки в гетероциклических основаниях, по 2'-положению рибозы или по межнуклеотидным фосфатным группам [12]. Такие фотоблокированные
направляющие РНК не активны вплоть до облучения УФ-светом и удаления фотоблокирующих
групп.
Например, в работе [31] авторы вводили фотоотщепляемые 6-нитропиперонилоксиметильные
БИОФИЗИКА 
 том 69 
 № 3
 2024