CRISPR: novi alat za manipulaciju genima

Nedavno su znanstvenici pronašli uzbudljiv novi alat pomoću kojeg inženjering DNA. CRISPR sustav nema nikakve veze s održavanjem svježeg povrća u hladnjaku. To je akronim za najnoviji sustav manipulirati genomskom DNA u gotovo svakoj životinji. Istraživači su uspjeli ukloniti ili ukloniti gene, smanjiti ekspresiju gena i regulirati gene kako bi povećali ekspresiju pomoću CRISPR tehnologije. To je vrlo fleksibilna tehnika koju istraživači mogu koristiti za jednostavno mijenjanje ekspresije gena kako bi bolje razumjeli njihovu funkciju.

Što je točno CRISPR?

Znači za CRISPR Klasterirani redovito-Interspacirani kratki palindromski ponavljanja - nevjerojatno dosadno ime za uzbudljivu tehnologiju. Zašto zamoran naziv? To je zato što, kada su prvi put otkriveni krajem osamdesetih godina u bakterijama, nitko nije znao što su bile kratke dionice ponovljene DNA odijeljene slučajnim DNA sekvencama. Bila su to samo neka čudna značajka u genomskoj DNA nekih bakterija.

Trebalo je gotovo 20 godina dok Jennifer Doudna na Kalifornijskom sveučilištu nije shvatila da se te sekvence podudaraju s dijelovima određene virusne DNK koji su inficirali bakterije. Kako se ispostavilo, CRISPR sekvence bile su vrsta imunološkog sustava za bakterije.

Kako radi?

Doudna i njezin suradnik, Emmanuelle Charpentier, naposljetku su razradili da bi, kada bi zaraženi virusom, bakterije koje su imale te kratke ponavljajuće DNK dijelove koji su se slagali s virusnom DNK, iskoristili za njihovo stvaranje RNA koja je vezana za DNK virusa koji napada. Zatim je drugi komad RNA napravljen od slučajne DNA koja je odvojila CRISPR ponavljanja, stupila u interakciju s proteinom Cas9. Ovaj protein bi uklonio virusnu DNA i inaktivirao virus.

Istraživači su brzo shvatili da mogu iskoristiti ovu sposobnost CRISPR-a da odreže određene sekvence DNA kako bi izbacila gene. Iako postoje druge tehnike, kao što su nukleaze s cinkovim prstima i TALENS koje se mogu koristiti za cilj i izrezivanje specifičnih lokacija u genomskoj DNK, ti se pristupi oslanjaju na glomazne proteine ​​kako bi ciljale izmjene na specifična područja u DNA. Teško je dizajnirati i izvršiti modifikaciju na velikom obimu s puno gena korištenjem ovih ranijih pristupa.

Što čini tako korisnim?

CRISPR sustav se oslanja samo na dva kratka dijela RNA: onaj koji odgovara ciljanoj regiji DNA i drugi koji se veže na protein zvan Cas9. Zapravo, ipak se ispostavlja da se oba ova kratka RNA komada mogu kombinirati u dualnu funkciju jedan vodljivi RNA molekule koja oba cilja specifičnu DNA sekvencu i regrutira Cas9 cleaving protein. To znači da je Cas9 protein i jedan kratki komad RNA, koji je dugačak od 85 baza, sve što je potrebno za rezanje DNA na gotovo bilo kojem mjestu u genomu.

Relativno je jednostavno uvesti DNA kako bi se proizvela RNA s jednim vodičem i Cas9 protein gotovo bilo koje stanice koje čine CRISPR općenito primjenjive.

Međutim, prikladno ciljanje nije jedina prednost CRISPR tehnologije u odnosu na druge TALENS i cinkove prste. CRISPR sustav je također puno učinkovitiji od ovih alternativnih pristupa. Na primjer, skupina na Harvardu otkrila je da je CRISPR izbrisao ciljani gen u 51% -79% slučajeva, dok je učinkovitost TALENSa bila manja od 34%. Zbog te visoke učinkovitosti, druga grupa je mogla koristiti CRISPR tehnologiju kako bi izravno uklonila gene u embrijskim miševima da proizvode transgenične miševe u jednoj generaciji.

Standardni pristup zahtijeva nekoliko generacija uzgoja kako bi se dobila mutacija u obje kopije ciljanog gena.

Što drugo može učiniti?

Uz brisanje gena, neke su grupe također shvatile da se s nekoliko izmjena sustav može koristiti za druge genetske manipulacije. Na primjer, početkom 2013. godine skupina iz MIT-a pokazala je da se CRISPR može upotrijebiti za umetanje novih gena u genomsku DNA. Nedugo nakon toga skupina na UCSF-u koristila je modificiranu verziju sustava nazvanog CRISPRi kako bi se suzbio ekspresiju ciljnih gena u bakterijama. Nedavno, skupina na sveučilištu Duke također je postavila varijaciju sustava za aktiviranje skupova gena.

Nekoliko grupa također surađuje s različitostima tih pristupa kako bi istovremeno prikazala veliki broj gena kako bi se utvrdilo koja je osoba uključena u različite biološke odgovore.

Sjajna nova igračka genetskog inženjeringa

Svakako, postoji ogroman uzbuđenje o ovom novom alatu za genetsko inženjerstvo i žurbi da se primijeni za različite primjene. Međutim, još uvijek postoje neki izazovi koje treba prevladati i, kao što je često slučaj s novom tehnologijom, potrebno je neko vrijeme da se utvrde gdje su ograničenja. Na primjer, istraživači na Harvardu otkrili su da ciljanje CRISPR-a ne može biti precizno kao u početku. Od cilja učinci CRISPR kompleksa mogu dovesti do nenamjernih promjena prilikom mijenjanja DNK.

Unatoč izazovima, CRISPR je jasno pokazao ogroman potencijal da olakša promjenu genomske DNA koja će istraživačima pomoći da brže shvati kako desetine tisuća gena djeluju u ljudskom genomu. To samo ima važne implikacije za poboljšanje liječenja i dijagnoze bolesti. Nadalje, s dodatnim razvojem, sama tehnologija može biti korisna za novu vrstu terapeutika. On može pružiti novi pristup za gensku terapiju. Međutim, ovi su napori neizvjesni.

Za sada je samo uzbudljivo gledati brz razvoj ovog novog istraživačkog alata i razmišljati o vrsti eksperimenata koje može dopustiti.

(Objavljeno: 30. rujna 2013.)