CRISPR-Cas9, революционни ДНК ножици в генното инженерство - Какво има в чинията ми
Елиминира генетичните заболявания, създава нови лекарства, модифицира ДНК на ембрион, Crispr-Cas9 може да направи всичко възможно ... Биологичните механизми на CRISPR-Cas9 са разкрити в Science, международно научно списание) през 2012 г. от Дженифър Дудна от Университета в Калифорния и Емануел Шарпентие от Института за биологични инфекции „Макс Планк“ в Берлин, но Фън Джанг от MIT имаше правата върху патента. Тези две жени са получили многобройни награди, включително Фондация за пробивна награда, наградата L’Oréal-Unesco за жени в науката. Някои мислят и за предстоящата Нобелова награда ...
Актуализация: тази сряда, 7 октомври 2020 г., Дженифър Дудна и Емануел Шарпентие току-що получиха Нобелова награда за химия за работата си по редактиране на генома. За да разбера как работи CRISPR-Cas9, ще припомня някои основи на генетиката.
Всички наши клетки съдържат ДНК
Като напомняне, ДНК е двойна спирала, съставена от добре дефинирана последователност от азотни основи (A, C, G, T), която съдържа генетична информация. ДНК се транскрибира в РНК (последователност с една верига), която след това се трансформира в протеини.
Последователностите на тези азотни основи образуват код. ДНК кодове за гени. Гените (части от ДНК) определят кои сме (цвят на очите, цвят на косата, синтез на протеини и т.н.). Промяната на гените в живите клетки е трудна.
Как работи CRISPR-Cas9
Преди няколко години изследователите откриха, че бактериите също имат вид адаптивна имунна система (имунна памет). Бактериите могат да бъдат атакувани от вируси като бактериофаги. След вирусна атака, бактериите ще съхраняват информация за тази вирусна ДНК в " дистанционни елементи ": Областите на CRISPR (къси палиндромни повторения, групирани заедно и редовно разположени на интервали) съдържат редуване на кратки повтарящи се последователности и "дистанционни" последователности. Тези дистанционни елементи саЧужда ДНК интегрирани от хоста. Тези CRISPR последователности се намират и в Archaea (друг клон на живия свят).
Ако бактерията бъде атакувана отново от същия вирус, той ще създаде Ръководство РНК (gRNA) което съвпада с ДНК на вируса. Ензимът Cas9 ще интегрира тази РНК, която ще я насочи към вирусната ДНК, която трябва да бъде отрязана. Разрязването на тази вирусна ДНК ще започне, когато Cas9 намери PAM сайт. Протеинът Cas9 се свързва с прицелната ДНК и извършва двуверижно прекъсване на ДНК. Изрязването на вирусната ДНК ще убие вируса. Протеинът Cas9 е част от семейството на нуклеази, които се държат като ножици върху ДНК. Изследователите установиха, че тази система може да реже вирусна ДНК, но също така и всички ДНК последователности в точно място. Местоположението на границата се основава на специфичност комплементарността на основите между направляващата РНК и целевата ДНК.
Така че само едно Ръководство РНК за системата CRISPR-Cas9 за изрязване на ДНК на целево място. След прекъсване на ДНК, това прекъсване се поправя чрез хомоложна рекомбинация или нехомоложна крайна връзка (NHEJ). Хомоложната рекомбинация е обмен на нуклеотидни последователности между две идентични ДНК молекули (между повредената хромозома и непокътнатата хомоложна хромозома). NHEJ просто споява двете отделени ДНК вериги.
Ако не сте го разбрали, не се колебайте да гледате това отлично видео:
Други техники за модификация на ДНК:
- 3D представяне на мегануклеаза
The мегануклеаза разпознават много дълги ДНК последователности (> 12 базови двойки). Прикрепвайки се към прицелната ДНК, той причинява двуверижно счупване на ДНК. Има 3 вида: интронични мегануклеази, кодирани от независими гени или интеини.