Osvobodili So Zver. Odkrili Nepričakovane Posledice Genskega Inženiringa - Alternativni Pogled

Osvobodili So Zver. Odkrili Nepričakovane Posledice Genskega Inženiringa - Alternativni Pogled
Osvobodili So Zver. Odkrili Nepričakovane Posledice Genskega Inženiringa - Alternativni Pogled

Video: Osvobodili So Zver. Odkrili Nepričakovane Posledice Genskega Inženiringa - Alternativni Pogled

Video: Osvobodili So Zver. Odkrili Nepričakovane Posledice Genskega Inženiringa - Alternativni Pogled
Video: Ген, генски локус, алел | Генетика 2024, Marec
Anonim

Tehnologija urejanja genov s sistemom CRISPR-Cas9 lahko privede do številnih neželenih mutacij. Do tega zaključka so prišli znanstveniki iz medicinskega centra univerze Columbia. "Lenta.ru" govori o novi raziskavi, katere rezultati so bili objavljeni v reviji Nature Methods.

CRISPR / Cas9 je molekularni mehanizem, ki obstaja znotraj bakterij in jim omogoča, da se borijo z virusi z bakteriofagi. CRISPR so "kasete" znotraj DNK mikroorganizma, ki jih sestavljajo ponavljajoči se odseki in edinstvene sekvence, imenovane distančniki. Slednji so drobci virusne DNK. V bistvu je mogoče CRISPR obravnavati kot bazo podatkov, ki vsebuje informacije o genih patogenih povzročiteljev. Protein Cas9 te podatke uporablja za pravilno identifikacijo tuje DNK in njihovo neškodljivost z rezanjem na določenem mestu.

Natančnost CRISPR / Cas9 omogoča njegovo uporabo kot orodje za urejanje genov, ki je veliko učinkovitejše od prej obstoječih metod. Raziskovalci vstavijo DNK kaseto, ki vsebuje gen Cas9 proteina in regijo, ki kodira posebno ciljno molekulo RNA (sgRNA) v celico, v kateri naj bi se spremenile genom. Slednji se lahko pritrdijo na določeno mesto v genomu, kar kaže na Cas9, kje naj se reže. Nato lahko v vrzel vstavite želeni gen ali skupino genov in tako ustvarite spremenjeno celico.

Prednost CRISPR / Cas9 je, da lahko naredi natančne spremembe in zmanjša število neželenih rezov (zunaj tarčnih učinkov) v drugih delih genoma. Poleg tega prihrani čas in denar - za razliko od drugih široko uporabljenih metod, ki uporabljajo encime nukleaze. Sistem CRISPR je bolj primeren za primere, ko je treba popraviti več okvarjenih genov naenkrat, saj zahteva le sintetiziranje ustrezne sgRNA. V primeru nukleaz je za vsako določeno mesto DNK potrebno sestaviti svoj specifični encim, ki je daljši in dražji.

Kreditna podoba CRISPR / Cas9: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT
Kreditna podoba CRISPR / Cas9: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT

Kreditna podoba CRISPR / Cas9: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT

Tehnologija je hitro postala priljubljena, ne samo med znanstveniki, ampak tudi v popularni kulturi. Na primer, pojavlja se v zapletu nekaterih epizod nove sezone The X-Files kot orožje za množično uničevanje. Zaskrbljenost je izrazil tudi direktor ameriške nacionalne obveščevalne službe James Clapper, ki meni, da gensko inženirstvo grozi. Vendar je vsaka tehnologija nevarna, če jo uporabljate nepravilno. Na primer, neuspešna in pogosta uporaba antibiotikov, ki so rešili življenje več sto tisoč ljudi, spodbuja nastanek protimikrobno odpornih superbakov.

Kljub izmišljotini tudi sam CRISPR / Cas9, kot antibiotiki, ne moremo uporabiti kot orožje za uničenje ljudi. Lahko pa ustvarite spremenjene organizme, kot so komarji, ki bodo širili okvarjeni gen v svoji populaciji, kar lahko privede do močnega zmanjšanja števila žuželk, ki sesajo v krvi. Biologi pozivajo, naj bodo pri takšnih aplikacijah izjemno previdni.

Imunske celice napadajo rakavo rast Foto: Steve Gschmeissner / Science Photo Library
Imunske celice napadajo rakavo rast Foto: Steve Gschmeissner / Science Photo Library

Imunske celice napadajo rakavo rast Foto: Steve Gschmeissner / Science Photo Library

Promocijski video:

Hkrati številne biotehnologije verjamejo, da bo tehnologija omogočila uspešno zdravljenje nevarnih bolezni, tudi tistih, ki jih povzročajo genetski vzroki. Kitajska je na primer konec leta 2016 že eksperimentirala z zdravljenjem agresivnega pljučnega raka. Pacientove imunske celice so bile odstranjene in gen, ki zavira boj proti malignim tumorjem, je bil izključen. Postopek spreminjanja genoma je bil uspešen in celice so bile ponovno vstavljene v bolnikovo telo.

CRISPR / Cas9 ima svoje pomanjkljivosti. Tako DNA, lomljena z molekularnimi "škarjami", izgubi del zaporedja, kar prepreči "točkovno" urejanje, torej zamenjavo enega samega nukleotida. Biotehnologi ustvarjajo izboljšane različice sistema s premagovanjem teh omejitev. Južnokorejski raziskovalci so na primer kombinirali encim Cas9 z drugim beljakovinam, citidin deaminazo. To je naučilo CRISPR / Cas9, da izvaja enojne nukleotidne substitucije.

Vendar pa obstaja še en problem. Dejstvo je, da lahko ta tehnologija vnese tudi neželene mutacije in znanstveniki še ne razumejo v celoti, kako bi to lahko odpravili. Ko gre za zdravljenje ljudi, je tveganje še vedno nerazumno veliko: stranske spremembe v genomu lahko močno škodijo zdravju.

Z določenimi algoritmi je mogoče predvideti, kje v genomu lahko pride do nepotrebnih nadomestkov. Zelo dobro delujejo, kadar CRISPR spreminja posamezne celice ali tkiva, vendar se ne uporabljajo pri živih organizmih.

CRISPR / Cas9 struktura Foto: Ian Slaymaker / Širok inštitut
CRISPR / Cas9 struktura Foto: Ian Slaymaker / Širok inštitut

CRISPR / Cas9 struktura Foto: Ian Slaymaker / Širok inštitut

Na primer, biotehnologi na univerzi Columbia so uporabili tehnologijo za odstranjevanje mutacij, ki sprožijo pigmentozo retinitisa. Za to so bolniku odvzeli kožne celice in jih reprogramirali v matične celice. Napako smo nato odpravili s kaseto CRISPR. Tako spremenjene celice lahko pretvorimo v celice mrežnice in jih presadimo v pacienta, da obnovimo vid.

Poleg tega so isti znanstveniki ustvarili gensko spremenjene miši, ki so jim v fazi zigote vbrizgali CRISPR. Raziskovalci so nato sekvencirali (določili nukleotidno zaporedje) celoten genom miši. Čeprav je CRISPR uspešno popravil gen, pri katerem je okvara povzročila slepoto, je uvedel tudi več kot 1500 enojnih nukleotidnih mutacij in več kot 100 delecij (izbris kratkih odsekov) in vstavkov. Računalniški algoritmi niso predvideli nobene od teh neželenih sprememb.

Sprememba genoma je dober način za zdravljenje dednih bolezni, ki so trenutno neozdravljive. Po besedah Stephena Tsanga in njegovi soavtorji menijo, da je za znanstvenike genskega inženiringa pomembno, da se zavedajo potencialne nevarnosti neželenih mutacij, ki nastanejo pri urejanju DNK. Te mutacije vključujejo obe nukleotidni substituciji v kodirajočih območjih genoma in v nekodirajočih območjih, kjer se nahajajo regulacijski elementi (nadzorujejo aktivnost genov).

Kljub mutacijam so miši dobro uspele. Biotehnologi ostajajo optimistični glede genske terapije, saj ima vsak medicinski poseg stranske učinke. Samo vedeti morate, kaj so. V prihodnosti bo to izboljšalo tehnologijo za zmanjšanje zunaj ciljnih učinkov.

Aleksander Enikejev