Uus geneetilise manipuleerimise vahend
See on väga paindlik tehnika, mida teadlased saavad kasutada geeni ekspressiooni hõlpsaks muutmiseks nende funktsiooni paremaks mõistmiseks.
Mis täpselt on CRISPR?
CRISPR tähistab klastreid Regular-Interspaced Short Palindromic kordusi - see on uskumatult igav nimi põnevaks tehnoloogiaks. Miks tüütu nimi? Selle põhjuseks on asjaolu, et kui neid esimest korda 1980. aastate lõpus bakterites avastati, ei teadnud keegi, mida oleksid pistud DNA järjestustega eraldatud korduvad DNA lühikesed sirgjooned. Need olid mõnede bakterite genoomse DNA-d vaid mõned imelikud.
Kulus peaaegu 20 aastat, kuni California Ülikooli Jennifer Doudna arvas, et need järjestused sobivad teatud viiruse DNA osadega, mis nakatasid baktereid. Nagu selgus, olid CRISPR-i järjestused bakterite jaoks mingi immuunsussüsteem.
Kuidas see töötab?
Doudna ja tema koostööpartner Emmanuelle Charpentier lõid lõpuks välja, et kui viirus on nakatunud, kasutavad bakterid, kellel olid need lühikesed korduvad DNA-tükid, mis vastavad viiruse DNA-le, sisestada RNA, mis seondub sissetungiv viirusega DNA-ga.
Seejärel vahetati CRISPR-i eraldanud juhusliku DNA teine RNA-t, mis kordas, interakteerudes valgu nimega Cas9. See valk lõhestaks viiruse DNA ja inaktiveeriks viiruse.
Teadlased mõistsid kiiresti, et saavad kasutada CRISPR-i võimet eraldada geenide eemaldamiseks spetsiifilised DNA järjestused.
Kuigi on olemas ka teisi meetodeid, nagu tsingi sõrme nukleaasid ja TALENS, mida saab genoomsel DNA-l kasutada konkreetsete asukohtade sihtmärgiks ja lõikamiseks, tuginevad need lähenemised suuremahulistele valkudele, et suunata DNA-spetsiifiliste piirkondade vaheldusi. Selliseid varasemaid lähenemisi kasutades on raske kavandada ja teostada suuremahulisi muudatusi.
Mis teeb nii kasulikuks?
CRISPR süsteem tugineb ainult kahele lühikesele RNA-le: üks, mis vastab sihtrühma DNA-le, ja teine, mis seostub proteiiniga, mida nimetatakse Cas9-le. Tegelikult aga selgub, et mõlemad need lühikesed RNA tükid võib ühendada kahesuguse funktsionaalse ühesuunalise RNA molekuliga, mis mõlemad sihivad spetsiifilist DNA järjestust ja värvivad Cas9 lõhestuva valgu. See tähendab, et Cas9 valk ja üks lühike RNA-tükk, mis on 85 alust pikk, on kõik, mis on vajalik DNA-i lõikamiseks peaaegu kõikjal genoomis. Ühe suunava RNA ja Cas9 valgu saamiseks on suhteliselt lihtne DNA- d sisestada peaaegu kõik rakud, mis muudavad CRISPR üldiselt kasutatavaks.
Siiski ei ole mugav sihtimine CRISPR tehnoloogia ainus eelis teiste TALENSi ja tsingi sõrmede suhtes. CRISPR-süsteem on ka palju tõhusam kui need alternatiivsed lähenemisviisid.
Näiteks leidis Harvardi rühm, et CRISPR kustutas sihtgeeni 51% -79% -l juhtudest, samal ajal kui TALENSi efektiivsus oli alla 34%. Selle kõrge efektiivsuse tõttu suutis teine rühm CRISPR-tehnoloogiat otseselt genereeruda embrüo hiirtel, et tekitada ühe põlvkonna transgeenseid hiirte . Standardne lähenemine nõuab paar põlvkondade paljunemist, et mutatsioon saadaks sihtgeeni mõlemas eksemplaris.
Mis saab veel teha?
Lisaks geeni kustutamisele on mõned rühmad ka mõistnud, et mõne vaheldumisega saab seda süsteemi kasutada ka muudel geneetilistel manipulatsioonidel. Näiteks 2013. aasta alguses näitas MIT-i rühm, et CRISPR-i saab kasutada uute geenide sisestamiseks genoomseks DNA-ks. Vahetult pärast seda kasutas UCSF grupp süsteemi CRISPRi muudetud versiooni sihtmärkgeenide ekspresseerimiseks bakterites.
Veel hiljuti seadis Duke'i ülikooli grupp süsteemi variatsiooni genoomide komplektide genereerimiseks. Nüüd töötavad mitmed rühmad nende lähenemisviiside variatsioonidega, et ekraanil kohe vaadata suurt hulka geene, et välja selgitada, milline neist on seotud erinevate bioloogiliste vastustega.
Geneetiline tehnika läikiv uus mänguasja
Kindlasti on sellel uuel geenitehnoloogiainstrumendil ja selle rakendamisel paljude rakenduste jaoks suur põnevus. Siiski on veel mõned väljakutsed, mis tuleb ületada ja nagu on sageli tegemist uue tehnoloogiaga, võtab mõni aeg piiride välja töötamiseks aega. Näiteks Harvardi teadlased on leidnud, et CRISPR sihtimine ei pruugi olla nii täpselt nagu algselt arvati. CRISPR-i kompleksi mitte-sihtmärgi tagajärjed võivad DNA-d muutmisel põhjustada soovimatuid muutusi.
Vaatamata väljakutsetele on CRISPR selgesti näidanud, et see on tohutu potentsiaal genoomse DNA muutmise hõlbustamiseks, mis aitab teadlastel kiiremini mõista, kuidas toimivad kümned tuhanded geenid inimese genoomis. See üksi mõjutab märkimisväärselt haiguste ravi ja diagnoosimist. Täiendavalt võib tehnoloogia iseenesest olla kasulik uue ravitüübi jaoks. See võib anda uue lähenemise geeniteraapia jaoks . Kuid need edusammud on võimalused maha. Praegu on lihtsalt põnev jälgida selle uue uurimisvahendi kiiret arengut ja mõtlema eksperimentide tüüpidest, mida see võib lubada.
(Postitatud: 30. september 2013)