CRISPR: uusi työkalu geenimulaattoriin

Viime aikoina tiedemiehet ovat löytäneet jännittävän uuden työkalun, jolla DNA: n insinööri. CRISPR -järjestelmässä ei ole mitään tekemistä sen kanssa, että vihannekset pysyvät tuoreina jääkaapissa. Uusimman järjestelmän lyhenne on manipuloida genomista DNA: ta melkein missä tahansa eläimessä. Tutkijat ovat kyenneet poistamaan tai eliminoimaan geenejä, tukahduttamaan geenin ilmentymistä ja parantamaan geenejä ilmentymisen lisäämiseksi CRISPR-tekniikalla.

Se on erittäin joustava tekniikka, jota tutkijat voivat käyttää helposti muuttaa geenien ilmentymistä paremmin ymmärtämään niiden toimintaa.

Mikä on CRISPR?

CRISPR tarkoittaa Klusteroituja säännöllisesti-interspaked Short Palindromic Repeats - uskomattoman tylsää nimeä jännittäväksi tekniikaksi. Miksi ikävä nimi? Siksi, kun ne havaittiin ensimmäisen kerran 1980-luvun lopulla bakteereissa, kukaan ei tiennyt, mitä satunnaisten DNA-sekvenssien erottamat toistuvan DNA: n lyhyet osat ulottuivat. Ne olivat vain joitain outoja ominaisuuksia joidenkin bakteerien genomisessa DNA: ssa.

- - ->

Kesti lähes 20 vuotta, kunnes Kalifornian yliopistossa Jennifer Doudna totesi, että nämä sekvenssit sopivat yhteen tiettyjen viruksen DNA: n kanssa, jotka tarttivat bakteerit. Kuten kävi ilmi, CRISPR-sekvenssit olivat eräänlainen bakteerien immuunijärjestelmä.

Miten CRISPR toimii?

Doudna ja hänen yhteistyökumppaninsa Emmanuelle Chapentier lopulta selvittivät, että viruksen ollessa tartunnan saaneet bakteerit, joilla oli nämä lyhyt toistuvat DNA-kappaletta, jotka sopivat viruksen DNA: n kanssa, käyttäisivät niitä tekemään RNA: ta, joka sitoi tunkeavan viruksen DNA: .

Sitten toinen CRISPR-toistoa hajonneesta satunnaisesta DNA: sta tehty RNA, toimi vuorovaikutteisesti proteiinin Cas9 kanssa. Tämä proteiini pilkkasi viruksen DNA: n ja inaktivoi viruksen.

Tutkijat havaitsivat nopeasti, että he voisivat hyödyntää CRISPR: n kykyä leikata spesifisiä DNA-sekvenssejä geenien kopioimiseksi.

Vaikka on olemassa muita tekniikoita, kuten sinkin sormen nukleaaseja ja TALENEITA, joita voidaan käyttää kohdistamaan ja leikkaamaan spesifisiä sijainteja genomisessa DNA: ssa, nämä lähestymistavat perustuvat suurikokoisiin proteiineihin DNA: n tiettyjen alueiden vuorottelujen kohdistamiseksi. On vaikea suunnitella ja toteuttaa laajamittaisia ​​muutoksia, joissa on paljon geenejä, käyttäen näitä aiempia lähestymistapoja.

Mikä tekee CRISPR: stä niin hyödyllisen?

CRISPR-järjestelmä tukeutuu vain kahteen lyhyeen RNA-osaan: joka vastaa kohde-DNA-aluetta ja toinen, joka sitoutuu proteiiniin nimeltä Cas9. Itse asiassa käy ilmi, että molemmat lyhyt RNA-kappaletta voidaan yhdistää kaksitoimiseksi yhden oppaan RNA-molekyyliin, jotka molemmat kohdistavat spesifiseen DNA-sekvenssiin ja rekrytoivat Cas9-pilkkoutuva proteiini.Tämä tarkoittaa, että Cas9-proteiini ja yksi lyhyt RNA-osa, joka on 85 emästä pitkä, on kaikki, mitä tarvitaan leikkaamaan DNA lähes missä tahansa genomissa. On suhteellisen yksinkertaista ottaa käyttöön DNA, joka tuottaa yksisuuntaisen RNA: n ja Cas9-proteiinin, lähes kaikki solut, jotka tekevät CRISPR: stä yleisesti sovellettavan.

Helppo kohdistaminen ei kuitenkaan ole ainoa CRISPR-tekniikan etu verrattuna muihin TALENSiin ja sinkkisormeihin. CRISPR-järjestelmä on myös paljon tehokkaampi kuin nämä vaihtoehtoiset lähestymistavat.

Esimerkiksi Harvardin ryhmä totesi, että CRISPR poistasi kohdennetun geenin 51% -79% tapauksista, kun taas TALENS-tehokkuus oli alle 34%. Tämän suuren tehokkuuden ansiosta toinen ryhmä pystyi käyttämään CRISPR-tekniikkaa suoraan koputtamaan geenit alkionhiirissä tuottamaan siirtogeenisiä hiiriä yhdellä sukupolvella. Tavallinen lähestymistapa vaatii pari sukupolvea jalostukseen saadakseen mutaation molemmissa kohteena olevan geenin kopioissa.

Mitä muuta CRISPR voi tehdä?

Geenin poistamisen lisäksi jotkut ryhmät ovat myös ymmärtäneet, että muutamilla vuorotteluilla järjestelmää voidaan käyttää muuhun geneettiseen muokkaukseen. Esimerkiksi vuoden 2013 alussa MIT: n ryhmä osoitti, että CRISPR: ää voidaan käyttää uusien geenien lisäämiseksi genomiseen DNA: han. Pian tämän jälkeen ryhmä UCSF: ssä käytti modifioitua versiota CRISPRi: n kutsuttua järjestelmää tukahduttamaan kohdegeenien ekspressiota bakteereissa.

Viime aikoina Duke Universityn ryhmä on myös asettanut järjestelmän vaihtelun aktivoimaan geenisarjoja. Useat ryhmät työskentelevät nyt myös näiden lähestymistapojen muunnelmien avulla, jotta voidaan selvittää suuria määriä geenejä kerralla selvittääkseen, mitkä ovat mukana erilaisissa biologisissa vasteissa.

Geenitekniikan kiiltävä uusi lelu

Tällä uudella genetiikka-alan työkalulla on valtava jännitys ja kiire soveltaa sitä useisiin sovelluksiin. On kuitenkin vielä joitain haasteita, jotka on voitettava ja kuten usein tapahtuu uuden teknologian kanssa, kestää hetki selvittää, missä rajoitukset ovat. Harvardin tutkijat ovat esimerkiksi havainneet, että CRISPR-kohdistaminen ei välttämättä ole yhtä tarkka kuin alun perin ajateltiin. CRISPR-kompleksin ulkopuoliset vaikutukset voivat johtaa muutoksiin muuttamatta DNA: ta.

Vaikka haasteista huolimatta CRISPR on selvästi osoittanut valtavia mahdollisuuksia helpottaa genomisen DNA: n muuttamista, joka auttaa tutkijoita ymmärtämään nopeammin, kuinka kymmenet tuhannet geenit toimivat ihmisen genomissa. Tämä yksinään vaikuttaa merkittävästi sairauden hoitoon ja diagnoosiin. Lisäksi, lisäkehityksellä, itse tekniikka voi olla hyödyllinen uudelle tyyppiselle terapeuttiselle aineelle. Se voi tarjota uuden lähestymistavan geeniterapiaan. Nämä edut ovat kuitenkin tapoja. Nyt on vain jännittävää katsella tämän uuden tutkimusvälineen nopeaa kehitystä ja miettiä, millaisia ​​kokeiluja se voi antaa.

(Lähetetty: 30 syyskuu 2013)