Mikä On Crispr?

{h1}

Crispr-tekniikka on yksinkertainen mutta tehokas työkalu genomien muokkaamiseen. Sen avulla tutkijat voivat helposti muuttaa dna-sekvenssejä ja muokata geenifunktiota.

CRISPR-tekniikka on yksinkertainen mutta tehokas työkalu genomien muokkaamiseen. Sen avulla tutkijat voivat helposti muuttaa DNA-sekvenssejä ja muokata geenifunktiota. Sen monet potentiaaliset sovellukset ovat geneettisten vikojen korjaaminen, tautien leviämisen hoito ja ehkäisy sekä kasvien parantaminen. Sen lupaus herättää myös eettisiä huolenaiheita.

Suosituimmassa käytössä "CRISPR" (lausutaan "crisper") on pikakirjoitettu "CRISPR-Cas9" -tekniikalle. CRISPR: t ovat erikoistuneita DNA-osia. Proteiini Cas9 (tai "CRISPR-assosioitunut") on entsyymi, joka toimii molekyylisaksen parina, joka kykenee leikkaamaan DNA-säikeitä.

CRISPR-tekniikkaa mukautettiin bakteerien ja archaean luonnollisista puolustusmekanismeista (yksisoluisten mikro-organismien alue). Nämä organismit käyttävät CRISPR-johdettua RNA: ta ja erilaisia ​​Cas-proteiineja, Cas9 mukaan lukien, virusten ja muiden vieraiden elinten foliota vastaan. He tekevät niin ensisijaisesti pilkkomalla ja tuhoamalla ulkomaisen hyökkääjän DNA: n. Kun nämä komponentit siirretään muihin monimutkaisempiin organismeihin, se mahdollistaa geenien manipuloinnin tai "muokkaamisen".

Vuoteen 2017 asti kukaan ei tiennyt tosiaan, mikä tämä prosessi näytti. Julkaisussa 10.10.2017 julkaistussa julkaisussa Nature Communications, Kanazawa-yliopiston Mikihiro Shibatan johtama tutkijaorganisaatio ja Tokion yliopiston Hiroshi Nishimasu osoittivat, miltä näyttää, kun CRISPR on toiminnassa ensimmäistä kertaa aika. [Henkeäsalpaava uusi GIF näyttää CRISPR: n DNA: n purkamisen]

CRISPR-Cas9: keskeiset toimijat

CRISPRs: "CRISPR "tarkoittaa" säännöllisesti risteytettyjä lyhyitä palindromaattisia toistoja ". Se on DNA: n erikoistunut alue, jolla on kaksi erillistä ominaisuutta: nukleotidispesifikaatioiden ja välikappaleiden läsnäolo. DNA: n toisistaan ​​olevat nukleotidisekvenssit jakautuvat koko CRISPR: n Välikkeet ovat DNA-bittiä, jotka ovat välissä näiden toistuvien sekvenssien joukossa.

Bakteerien tapauksessa välikkeet ovat peräisin viruksista, jotka aikaisemmin hyökkäsivät organismissa. Ne palvelevat muistoesineitä, jotka mahdollistavat bakteerien tunnistaa virukset ja torjua tulevat hyökkäykset.

Tämä osoitti kokeellisesti, että Rodolphe Barrangou ja tutkimusryhmä, Danisco, elintarvikeyritysten yritys. Vuoden 2007 lehdessä julkaistussa paperissa tutkijat käyttivät sitä Streptococcus thermophilus bakteereja, joita tavallisesti esiintyy jogurtissa ja muissa maitokulttuureissa niiden mallina. He havaitsivat, että virushyökkäyksen jälkeen CRISPR-alueeseen lisättiin uusia välikappaleita. Lisäksi näiden välikappaleiden DNA-sekvenssi oli identtinen viruksen genomin osien kanssa. He myös manipuloivat välikappaleita ottamalla ne pois tai asettamalla uudet viruksen DNA-sekvenssit. Tällä tavoin he pystyivät muuttamaan bakteerien vastustuskykyä tietyn viruksen hyökkäykseen. Siten tutkijat vahvistivat, että CRISPR: illa on rooli bakteerisuojelun säätelyssä.

CRISPR-RNA (crRNA): Kun välike on sisällytetty ja virus hyökkää uudelleen, osa CRISPR: stä transkriptoidaan ja käsitellään CRISPR RNA: ksi tai "crRNA: ksi". CRISPR: n nukleotidisekvenssi toimii templaattina, jolloin saadaan yksijuosteisen RNA: n komplementaarinen sekvenssi. Jokainen crRNA koostuu nukleotidista toistosta ja välikappaleesta, jonka Jennifer Doudna ja Emmanuelle Charpentier julkaisevat julkaisussa Science julkaisusta 2014.

Cas9: Cas9-proteiini on entsyymi, joka leikkaa vierasta DNA: ta.

Proteiini sitoutuu tyypillisesti kahteen RNA-molekyyliin: crRNA ja toinen nimeltä tracrRNA (tai "trans-aktivoiva crRNA"). Kaksi sitten ohjata Cas9 kohdealueelle, jossa se leikkaa. Tämä DNA-pinta on komplementaarinen crRNA: n 20-nukleotidisillalle.

Käyttämällä sen kahta erillistä aluetta tai "verkkotunnuksia" Cas9 leikkaa molempien DNA-kaksoishelixin säikeet tekemällä niin sanotun "kaksisäikeisen tauon" vuoden 2014 Science-artikkelin mukaan.

On olemassa sisäänrakennettu turvamekanismi, joka takaa Cas9: n leikkaamisen vain missä tahansa genomissa. Lyhyet DNA-sekvenssit, jotka tunnetaan nimellä PAM ("protospaceer vierekkäisten motiivien"), toimivat tunnisteina ja istuvat kohde-DNA-sekvenssin vieressä. Jos Cas9-kompleksi ei näe PAM: tä sen kohde-DNA-sekvenssin vieressä, se ei leikkaa. Tämä on yksi mahdollinen syy siihen, että Cas9 ei koskaan hyökkää CRISPR-alueelle bakteereissa, julkaistussa Nature Biotechnology -lehdessä julkaistussa 2014 tarkistuksessa.

CRISPR-Cas9 genomin muokkaustyökaluna

Erilaisten organismien genomit koodaavat sarjan viestejä ja ohjeita niiden DNA-sekvensseissä. Genomi-editointiin kuuluu näiden sekvenssien muuttaminen, jolloin sanomia muutetaan. Tämä voidaan tehdä lisäämällä leikkaus tai murto DNA: han ja hiipelemällä solun luonnolliset DNA-korjausmekanismit ottamaan käyttöön haluamasi muutokset. CRISPR-Cas9 tarjoaa keinon tehdä niin.

Vuoden 2012 aikana julkaistiin kaksi keskeistä tutkimuslehteä lehdissä Science ja PNAS, jotka auttoivat muuntamaan bakteerikohtaista CRISPR-Cas9 -ohjelmaa yksinkertaiseksi, ohjelmoitavaksi genomien muokkaustyökaluksi.

Yksittäisten ryhmien tekemät tutkimukset päättelivät Cas9: n olevan suunnattu leikkaamaan minkä tahansa DNA-alueen. Tämä voitaisiin tehdä pelkällä muuttamalla crRNA: n nukleotidisekvenssiä, joka sitoutuu komplementaariseen DNA-kohteeseen. Vuonna 2012 Science-artikkelissa Martin Jinek ja kollegat yksinkertaistivat järjestelmää lisäämällä crRNA: ta ja tracrRNA: ta luomaan yhden "opas-RNA: n". Niinpä genomien editointi vaatii vain kaksi komponenttia: ohjaava RNA ja Cas9-proteiini.

"Operatiivisesti, suunnittelet 20 [nukleotidi] peruspareja, jotka vastaavat geeniä, jota haluat muokata", kertoo George Church, Harvardin lääketieteellisen koulun genetiikan professori. RNA-molekyyli, joka täydentää näitä 20 emäsparia, rakennetaan. Kirkko korosti, että on tärkeää varmistaa, että nukleotidisekvenssi löytyy vain kohdegeenistä ja missään muualla genomissa. "Sitten RNA ja proteiini [Cas9] leikkaavat - kuten sakset - DNA: n kyseisellä sivustolla, eikä ihanteellisesti missään muualla", hän selitti.

Kun DNA leikataan, solun luonnolliset korjausmekanismit alkavat innostaa mutaatioita tai muutoksia genomiin. Näin voi tapahtua kahdella tavalla. Huntingtonin Outreach-projekti Stanfordin (yliopiston) mukaan yksi korjausmenetelmä sisältää liimaamalla kaksi leikkausta takaisin yhteen. Tämä menetelmä, joka tunnetaan nimellä "ei-homologinen päätyminen", pyrkii lisäämään virheitä. Nukleotidit lisätään tai poistetaan vahingossa, mikä johtaa mutaatioihin, jotka voivat häiritä geeniä. Toisessa menetelmässä tauko on kiinteä täyttämällä aukko nukleotidisekvenssillä. Tätä varten solu käyttää templaattina DNA: n lyhyttä juosta. Tutkijat voivat toimittaa valitun DNA-mallin, kirjoittamalla sen minkä tahansa haluamansa geenin tai korjaamalla mutaatiota.

Hyödyllisyys ja rajoitukset

CRISPR-Cas9 on tullut suosittu viime vuosina. Kirkko huomauttaa, että tekniikka on helppokäyttöinen ja on noin neljä kertaa tehokkaampi kuin edellinen paras genomien muokkaustyökalu (nimeltään TALENS).

Vuonna 2013 ensimmäiset raportit CRISPR-Cas9: n käyttämisestä ihmisen solujen muokkaamiseen kokeellisessa ympäristössä julkaistiin kirkon ja Feng Zhangin laboratorioiden tutkijat Massachusetts Institute of Technologyin ja Harvardin laaja-alaiselta laitokselta. Tutkimukset, joissa käytetään in vitro (laboratoriota) ja ihmisen sairauden eläinmalleja, ovat osoittaneet, että tekniikka voi tehokkaasti parantaa geneettisiä vikoja. Esimerkkejä tällaisista sairauksista ovat kystinen fibroosi, kaihi ja Fanconi-anemia, julkaisussa Nature Biotechnology vuonna 2016 julkaistun artikkelin mukaan. Nämä tutkimukset avaavat tien terapeuttisiin sovelluksiin ihmisillä.

"Mielestäni CRISPR: n yleinen käsitys on hyvin keskittynyt ajatukseen geneettisen muokkauksen käyttämisestä kliinisesti sairauden parantamiseksi", New Yorkin Genomin keskuksen Neville Sanjana ja New Yorkin yliopiston biologian, neurotieteen ja fysiologian apulaisprofessori. "Tämä on epäilemättä jännittävä mahdollisuus, mutta tämä on vain yksi pieni kappale."

CRISPR-teknologiaa on myös sovellettu elintarvike- ja maatalousteollisuudessa probiotikulttuureiden insinööintiin ja rokottamiseen esimerkiksi teollisuusviljelmien (esim. Jogurtin) varalta. Sitä käytetään myös viljelykasveissa saannin, kuivuuden toleranssin ja ravitsemuksellisten ominaisuuksien parantamiseksi.

Toinen mahdollinen sovellus on gene-aseman luominen. Nämä ovat geneettisiä järjestelmiä, jotka lisäävät erityispiirteiden mahdollisuuksia siirtyä vanhemmilta jälkeläisille. Tällöin sukupolvien ajan piirteet levittävät koko väestöä Wyss-instituutin mukaan. Gene-asemat voivat auttaa hallitsemaan malarian kaltaisten sairauksien leviämistä lisäämällä steriiliyttä sairauden vektoriin - naisiin Anopheles gambiae hyttyset - vuoden 2016 Nature Biotechnology artikkelin mukaan. Lisäksi geeniaseja voitaisiin käyttää myös invasiivisten lajien hävittämiseen ja torjunta-aineiden ja rikkakasvien torjunta-aineiden resistenssin torjumiseen Kenneth Oyen ja hänen kollegojensa 2014 artikkelin mukaan.

CRISPR-Cas9 ei kuitenkaan ole ilman haittojaan.

"Luulen, että CRISPR: n suurin rajoitus ei ole sataprosenttinen tehokas", kertoi kirkko WordsSideKick.com. Lisäksi genomien editointitehokkuus voi vaihdella. Doudnan ja Charpentierin vuoden 2014 Science -artikkelissa riisin tutkimuksessa geenin muokkaus tapahtui lähes 50 prosentilla Cas9-RNA -kompleksia saaneista soluista. Muut analyysit ovat osoittaneet, että tavoitteen mukaan tehokkuuden muokkaus voi saavuttaa jopa 80 prosenttia tai enemmän.

On myös ilmiö "haitallisia vaikutuksia", joissa DNA leikataan muualla kuin tarkoitetulla tavoitealueella. Tämä voi johtaa tahattomien mutaatioiden käyttöönottoon. Lisäksi kirkko huomautti, että vaikka järjestelmä leikkaisi tavoite, on olemassa mahdollisuus saada tarkkaa muokkausta. Hän kutsui tätä "genomin ilkivaltaa".

Asetetaan rajat

CRISPR-teknologian monet mahdolliset sovellukset herättävät kysymyksiä genomien manipuloinnin eettisistä ansioista ja seurauksista.

Vuoden 2014 artikkelissa Oye ja kollegat viittaavat geeninäytösten mahdolliseen ekologiseen vaikutukseen. Esitetty piirre voisi levitä kohdepopulaation ulkopuolelle muihin organismeihin risteyttämisen kautta. Gene-asemat voivat myös vähentää kohderyhmän geneettistä monimuotoisuutta.

Ihmisalkioiden ja lisääntymisolujen, kuten siittiöiden ja munien, geneettisten muunnosten tekeminen tunnetaan ituradan muokkauksina. Koska muutoksia näihin soluihin voidaan siirtää myöhemmille sukupolville, CRISPR-tekniikan käyttäminen ituradan muokkausten tekemiseen on herättänyt useita eettisiä huolenaiheita.

Muuttuva tehokkuus, kohdennetut vaikutukset ja epätarkat muutokset aiheuttavat turvallisuusriskejä. Lisäksi tiedeyhteisölle ei vielä tiedetä paljon. Science-julkaisussa julkaistussa artikkelissa David Baltimore ja tutkijat, etiikka ja lakimiesten asiantuntijatyöryhmä huomauttavat, että ituradan muokkaaminen herättää mahdollisuutta tehdä tahattomia seurauksia tuleville sukupolville ", koska meillä on rajoituksia tietämyksemme ihmisen genetiikasta, geenien ja ympäristön vuorovaikutuksista, ja taudin reitit (mukaan lukien yhden taudin ja muiden sairauksien tai tautien välinen vuorovaikutus samassa potilaassa). "

Muut eettiset huolenaiheet ovat entistä paremmassa asemassa. Pitäisikö meidän tehdä muutoksia, jotka voisivat pohjimmiltaan vaikuttaa tuleviin sukupolviin ilman heidän suostumustaan? Entä jos ituradan muokkauksen käyttö heikentää terapeuttista työkalua erilaisten ihmisten ominaisuuksien parannustyökaluun?

Näiden huolenaiheiden ratkaisemiseksi kansalliset tiedeakatemian, tekniikan ja lääketieteen akatemit laati kattavan raportin, jossa on ohjeita ja suosituksia genomien muokkaamisesta.

Vaikka kansalliset akatemiat vaativat varovaisuutta iturataulun edistäjänä, he korostavat "varovaisuutta ei tarkoita kieltoa". He suosittelevat, että ituradan muokkaus tehdään vain geneille, jotka johtavat vakaviin sairauksiin ja vain silloin, kun ei ole muita kohtuullisia hoitovaihtoehtoja. Muissa kriteereissä he korostavat tarvetta saada tietoa terveydellisistä riskeistä ja hyödyistä sekä jatkuvan valvonnan tarve kliinisissä tutkimuksissa. He suosittelevat myös seuraamista perheille useiden sukupolvien ajan.

Viimeaikainen tutkimus

CRISPR: n ympärillä on ollut monia viimeaikaisia ​​tutkimushankkeita. "Perustietututkimusten tahti on räjähtänyt CRISPR: n ansiosta", sanoo biokemisti ja CRISPR-asiantuntija Sam Sternberg, teknologian kehittämisen ryhmäjohtaja Kaliforniassa, Kaliforniassa toimiva Caribou Biosciences Inc., joka kehittää CRISPR-pohjaisia ​​lääketieteellisiä ratkaisuja, maatalous ja biologinen tutkimus.

Seuraavassa on joitain viimeisimpiä havaintoja:

  • Huhtikuussa 2017 tutkija-ryhmä julkaisi lehdessä Science-tutkimusta siitä, että he olivat ohjelmoineet CRISPR-molekyylin löytää viruskantoja, kuten Zikaa, veriseerumissa, virtsassa ja sylissä.
  • Elokuun 2, 2017 tiedemiehet paljastivat Nature-lehdessä, että he olivat poistaneet sydämen sairauden puutteen alkion onnistuneesti käyttämällä CRISPR: ia.
  • 2. tammikuuta 2018 tutkijat ilmoittivat voivansa lopettaa sienten ja muiden ongelmien, jotka uhkaavat suklaantuotannon käyttämistä CRISPR: n avulla, jotta kasvit kestäisivät paremmin sairautta vastaan.
  • Huhtikuun 16, 2018 tutkijat päivittivät CRISPR: n muokkaamaan kerralla tuhansia geenejä BioNewsin julkaiseman tutkimuksen mukaan.

Lisätietoja Alina Bradford, WordsSideKick.com -opettaja.

Lisäresurssit

  • Laaja laitos: CRISPR: n keskeinen työaika
  • Genetic Engineering & Biotechnology Uutiset: CRISPR-Cas9 Parannettu 10000-Fold by Synthetic Nucleotides
  • Laaja laitos: Kysymyksiä ja vastauksia CRISPR: stä


Video Täydentää: Genetic Engineering Will Change Everything Forever – CRISPR.




FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com