Új eszköz a gén manipulációhoz
Ez egy nagyon rugalmas módszer, amelyet a kutatók a gének kifejeződésének egyszerű megváltoztatására képesek jobban megérteni funkciójukat.
Mi is pontosan CRISPR?
A CRISPR a Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats-et jelenti hihetetlenül unalmas nevet egy izgalmas technológia számára. Miért az unalmas név? Ez azért van, mert amikor először fedezték fel a baktériumok 1980-as évek végén, senki nem tudta, mi a véletlenszerű DNS-szekvenciákkal elválasztott ismétlődő DNS rövid szakaszai. Csak néhány furcsa jellemző volt néhány baktérium genomiális DNS-jének.
Szinte 20 évig tartott, amíg Jennifer Doudna a Kaliforniai Egyetemen kitalálta, hogy ezek a szekvenciák egyes vírus DNS-ek egy részét illesztették a baktériumokat. Mint kiderült, a CRISPR szekvenciák egyfajta immunrendszer a baktériumok számára.
Hogyan működik?
Doudna és munkatársa, Emmanuelle Charpentier végül azt állapították meg, hogy amikor vírus fertőzött, olyan baktériumok, amelyeknek a vírusos DNS-hez illeszkedő rövid, ismétlődő DNS-darabjai használják őket, hogy az inváziós vírus DNS-hez kötődő RNS- t használják.
Ezután a CRISPR ismétlődést elválasztó véletlen DNS-ből származó második RNS-darab kölcsönhatásba lépett a Cas9 nevű fehérjével. Ez a fehérje megköti a vírus DNS-t és inaktiválja a vírust.
A kutatók gyorsan rájöttek, hogy képesek kihasználni ezt a CRISPR képességét, hogy szétvágja a specifikus DNS-szekvenciákat a gének kiiktatásához.
Bár más módszerek is léteznek, mint például a cink ujj-nukleázok és a TALENS-ek, amelyek alkalmasak a specifikus helyek genomikus DNS-be történő célzására és kivágására, ezek a megközelítések nagy terjedelmű fehérjékre támaszkodnak, hogy megcélozzák a DNS specifikus régióinak váltakozását. Nehéz tervezni és végrehajtani nagymértékű módosításokat számos génnel, a korábbi megközelítések alkalmazásával.
Miért olyan hasznos?
A CRISPR rendszer csak két rövid RNS-re támaszkodik: egy olyan, amely megfelel a célzott DNS-régiónak, és egy második, amely a Cas9 nevű fehérjéhez kötődik. Valójában azonban kiderül, hogy mindkét rövid RNS-darab kombinálható egy kétfunkciós egyvezető RNS-molekulába, amely mindkettő egy specifikus DNS-szekvenciát céloz meg, és felveszti a Cas9-hasító fehérjét. Ez azt jelenti, hogy a Cas9 fehérje és egy rövid, 85 bázis hosszú RNS darab mindössze annyit jelent, hogy a DNS-t szinte bárhol a genomban vágják le. Viszonylag egyszerű bevezetni a DNS-t, hogy egyetlen irányított RNS-t és Cas9-proteint termeljenek szinte minden olyan sejt, amely általánosan alkalmazható a CRISPR-re.
Azonban a kényelmes célzás nem az egyetlen előnye a CRISPR technológianak, mint más TALENS és cink ujjak. A CRISPR rendszer sokkal hatékonyabb, mint ezek az alternatív megközelítések.
Például a Harvard egy csoportja megállapította, hogy a CRISPR törölte a célzott gént az esetek 51-79% -ában, míg a TALENS-hatékonyság kevesebb mint 34% volt. Ennek a nagy hatékonyságnak köszönhetően egy másik csoport képes volt a CRISPR technológiát felhasználni, hogy közvetlenül gátolja az embrió egerekben lévő géneket, és egyetlen generációban transzgenikus egereket állítson elő. A standard megközelítéshez a nemesítés néhány nemzedéke megköveteli, hogy a célzott gén mindkét példányában mutációt kapjanak.
Mit tehet?
A gén törlése mellett egyes csoportok azt is felismerték, hogy néhány alternációval a rendszer másfajta genetikai manipulációhoz is alkalmazható. Például 2013 elején az MIT egy csoportja azt mutatta, hogy a CRISPR felhasználható új gének beépítésére a genomi DNS-be. Röviddel ezután az UCSF egy csoportja a CRISPRi nevű rendszer módosított verzióját használták a célgének expressziójának visszaszorítására a baktériumokban.
Újabban a Duke Egyetem egy csoportja is létrehozott egy változatot a géncsoportok aktiválásához. Számos csoport is dolgozik ezeknek a megközelítéseknek a változatosságaival, hogy egyszerre nagyszámú gént kipróbálhasson, hogy kiderüljön, melyik részt vesz a különböző biológiai válaszokban.
A Geniális Mérnöki Fényes Új Játék
Természetesen óriási izgalom van az új géntechnikai eszközzel és a sokféle alkalmazásra való alkalmazásra. Azonban még mindig vannak kihívások, amelyeket felül kell küszöbölni, és amint az gyakran az új technológiák esetében is, egy kis időbe telik, hogy eldöntsék, hol vannak a korlátozások. A Harvard kutatói például úgy találták, hogy a CRISPR-célzás nem lehet olyan pontos, mint az eredetileg gondolkodó. A CRISPR-komplexum nem célzott hatásai a DNS megváltoztatásakor nem kívánt változásokhoz vezethetnek.
A kihívások ellenére a CRISPR nyilvánvalóan óriási potenciált mutatott arra, hogy megkönnyítse a genomikus DNS megváltoztatását, amely segíteni fogja a kutatókat abban, hogy jobban megértsék, hogyan működnek az emberi genom több tízezer génje. Ez egyedül fontos hatással van a betegség kezelésére és diagnosztizálására. Továbbá további fejlesztés révén maga a technológia is hasznos lehet egy új típusú terápiás szerek esetében. Ez új megközelítést nyújthat a génterápiához . Azonban ezek az előrelépések messze vannak. Most csak izgalmasan figyelhetjük az új kutatási eszköz gyors fejlődését, és gondolhatunk arra a kísérletre, amelyet megengedhet.
(Megjelenés: szeptember 30, 2013)