CRISPR-Cas9, революційні ножиці ДНК у генній інженерії - що на моїй тарілці
Ліквідуйте генетичні захворювання, створюйте нові препарати, модифікуйте ДНК ембріона, Crispr-Cas9 цілком може зробити це все можливим ... Біологічні механізми CRISPR-Cas9 були розкриті в Науці, міжнародному науковому журналі) у 2012 році Дженніфер Дудна з Університету Каліфорнія та Еммануель Шарпентьє з Інституту біологічних інфекцій імені Макса Планка в Берліні, але Фен Чжан з Массачусетського технологічного інституту мав права на патент. Ці дві жінки отримали численні нагороди, включаючи Фонд прориву за прорив, Премію Л’Ореал-ЮНЕСКО для жінок у науці. Деякі також думають про майбутню Нобелівську премію ...
Оновлення: цієї середи, 7 жовтня 2020 року, Дженніфер Дудна та Еммануель Шарпентьє щойно отримали Нобелівську премію з хімії за свою роботу з редагування геному. Щоб зрозуміти, як працює CRISPR-Cas9, я згадаю деякі основи генетики.
Усі наші клітини містять ДНК
Нагадаємо, ДНК - це подвійна спіраль, що складається з чітко визначеної послідовності азотистих основ (A, C, G, T), яка містить генетичну інформацію. ДНК транскрибується в РНК (послідовність з одним ланцюгом), яка потім перетворюється на білки.
Послідовності цих азотистих основ утворюють код. ДНК-коди генів. Гени (частини ДНК) визначають, хто ми (колір очей, колір волосся, синтез білка тощо). Змінити гени в живих клітинах важко.
Як працює CRISPR-Cas9
Кілька років тому дослідники виявили, що бактерії також мають свого роду адаптивна імунна система (імунна пам’ять). Бактерії можуть атакувати такі віруси, як бактеріофаги. Після атаки вірусу бактерії зберігатимуть інформацію про цю вірусну ДНК у " розпірки ": Регіони CRISPR (короткі паліндромні повтори, згруповані разом і регулярно розташовані між собою) містять a чергування коротких повторюваних послідовностей та послідовностей "проставки". Ці розпірки єЧужа ДНК інтегрований хостом. Ці послідовності CRISPR також знайдені в Archaea (інша гілка живого світу).
Якщо бактерія знову атакується цим самим вірусом, він створить Направляюча РНК (гРНК) який відповідає ДНК вірусу. Фермент Cas9 інтегруватиме цю РНК, що вестиме її до вірусної ДНК, яку потрібно вирізати. Вирізання цієї вірусної ДНК розпочнеться, коли Cas9 знайде сайт PAM. Білок Cas9 зв'язується з цільовою ДНК і виконує дволанцюжковий розрив ДНК. Вирізання вірусної ДНК вб’є вірус. Білок Cas9 є частиною сімейства нуклеази, які поводяться як ножиці на ДНК. Дослідники виявили, що ця система може розрізати вірусну ДНК, але також усі послідовності ДНК в точне місце. Місце відсікання базується на специфічність комплементарність основ між РНК-керівництвом та ДНК-мішенню.
Тож лише один Керівництво РНК для системи CRISPR-Cas9 для розрізання ДНК у цільовому місці. Після розрізання ДНК цей розрив відновлюється гомологічною рекомбінацією або негомологічним кінцевим з'єднанням (NHEJ). Гомологічна рекомбінація - це обмін нуклеотидними послідовностями між двома однаковими молекулами ДНК (між пошкодженою хромосомою та інтактною гомологічною хромосомою). NHEJ просто перепаює два розділені ланцюги ДНК.
Якщо ви ще не зрозуміли, перегляньте це чудове відео:
Інші методи модифікації ДНК:
- 3D зображення мегануклеази
мегануклеаза розпізнавати дуже довгі послідовності ДНК (> 12 пар основ). Приєднуючись до цільової ДНК, це спричиняє розрив дволанцюжкової ДНК. Існує 3 типи: інтронічні мегануклеази, кодовані незалежними генами або інтеїнами.
Перевагою техніки CRISPR-Cas9 є простота впровадження, низька вартість. Конкретне розпізнавання покладається на рибонуклеотид (гРНК), тоді як для інших методів воно покладається на визнаний комплекс білок-ДНК. Цей посібник РНК (гРНК) простий у виготовленні. Напрямні РНК та РНК, що кодують білок Cas9, можуть бути введені безпосередньо в ембріони миші, наприклад.
Використання в генній терапії
Генна терапія передбачає маніпулювання генами для лікування захворювання. Метод CRISPR-Cas9 може бути використаний для вставки, видалення або інгібування генів. Цей метод можна використовувати для лікування захворювань, пов’язаних з мутацією певного гена, таких як:
- муковісцидоз - це захворювання, яке вражає дихальні шляхи. Його походженням є мутація гена CFTR на хромосомі 7.
- Гемофілія - це стан, який перешкоджає згортанню крові. Походження - мутація Х-хромосоми, яка кодує фактор згортання.
Вони також виявили, що ін'єкція CRISPR-Cas9 у бактерію з бактеріофагом вбиває бактерії: це може бути використано як альтернатива антибіотикам.
Етичні питання та питання безпеки
Китайська команда потрапила під обстріл після тестування технології на людських ембріонах у цьому дослідженні, опублікованому в Protein Cell. Використовувані ембріони були нежиттєздатними, оскільки вони мали зайві хромосоми після двох запліднень in vitro. Команда хотіла модифікувати ген, відповідальний за β-таласемію, форму анемії через деформацію еритроцитів (відсутність бета-ланцюга гемоглобіну).
Тому вони застосували цю технологію на 86 ембріонах. Лише 28 ділилися добре, зберігаючи заміну генетичного матеріалу. Хуан зробив висновок: «Якщо ви хочете робити це на ембріонах, ця технологія повинна працювати на 100%. Ось чому ми зупинились. Ми вважаємо, що CRISPR-Cas9 все ще занадто незрілий. "
Ще однією прикрою деталлю є те, що вони також виявили появу несподіваних мутацій після введення CRISPR-Cas9: фермент зміг редагувати геном, на який спочатку не націлювались дослідники. Ця публікація була відхилена Nature et Science з етичних міркувань. Теоретично цю техніку можна застосувати до репродуктивних клітин: генетичні модифікації ембріона передаються всім його нащадкам, що може відкрити двері для євгеніки. “Чіткі правила необхідні для безпеки кожного. Ви не можете дозволити людям використовувати його для "створення ідеальної дитини", сказала Дженніфер Дудна. Вона додає: “Найбільший страх у мене полягає в тому, що хтось захоче бути найшвидшим, і що ця техніка у своїх застосуваннях стане небезпечною. Якби це було так, це могло б призвести до прямої заборони на CRISPR-cas9, і роки досліджень були б скасовані ”.
Тому CRISPR-Cas9 є чудовим інструментом у генній інженерії, але за ним слід контролювати, щоб уникнути зловживань використанням. На цій карті Природи ми бачимо, що закони про генетичні маніпуляції на людських ембріонах відрізняються:
У Франції з 2013 р. Дослідження на людських ембріонах дозволено за певних умов, таких як «наукова значимість дослідження» або «медична мета» (ЗАКОН № 2013-715 від 6 серпня 2013 р., Що має тенденцію до зміни закону № 2011-814 від 7 липня 2011 року щодо біоетики шляхом дозволу за певних умов проведення досліджень ембріона та ембріональних стовбурових клітин).
1- У Сполучених Штатах федеральне фінансування не може бути використано для модифікації людських ембріонів, але чітких заборон на редагування геному немає.
2- В Аргентині клонування людини заборонено, але законодавство щодо редагування геномів не чітке.
3- У Сполученому Королівстві з 2009 р. Дозволено проведення базових досліджень ембріонів людини, але це залишається забороненим для клінічних досліджень.
4- У Німеччині дослідження дуже обмежені та регулюються для маніпулювання ембріонами людини.
5 - У Японії, Індії та Китаї заборонено редагування людського геному ембріона.
Щоб стежити за іншими новинами в блозі або дізнатись більше про суперечки щодо їжі, здоров'я та навколишнього середовища, трохи схоже на: