CRISPR-Cas9 - это инструмент редактирования генома, уникальная технология, которая позволяет генетикам и медицинским исследователям редактировать части генома путем удаления, добавления или изменения разделов ДНК.
В настоящее время это самый простой, универсальный и точный метод генетической манипуляции и, следовательно, вызывает шум в научном мире.
В области разработки генома термин «CRISPR» или «CRISPR-Cas9» часто используется свободно для обозначения различных систем CRISPR-Cas9 и -CPF1 (и других), которые могут быть запрограммированы для целевых определенных участков генетического кода и редактировать ДНК в точном месте, а также для других целей, например, для новых диагностических инструментов. С помощью этих систем исследователи могут постоянно модифицировать гены в живых клетках и организмах и в будущем могут позволить исправить мутации в точном месте в геноме человека, чтобы лечить генетические причины заболевания. В настоящее время доступны другие системы, такие как CRISPR-Cas13, эта целевая РНК предоставляет альтернативные возможности для использования и с уникальными характеристиками, которые были использованы для чувствительных диагностических инструментов, таких как SHERLOCK.
Принцип работы.
Система CRISPR-Cas9 состоит из двух ключевых молекул, которые вносят изменение (мутацию) в ДНК. Это:
фермент, называемый Cas9. Он действует как пара «молекулярных ножниц», которые могут вырезать две цепи ДНК в определенном месте в геноме, чтобы затем можно было добавить или удалить фрагменты ДНК;
части РНК, которая состоит из небольшого фрагмента предварительно спроектированной последовательности РНК (длиной около 20 оснований), расположенной в более длинном каркасе РНК. Участок каркаса связывается с ДНК и предварительно разработанной последовательностью «направляющих» Cas9 в правую часть генома. Это гарантирует, что фермент Cas9 сокращается в правой части генома.
Гистовая РНК предназначена для поиска и связывания с определенной последовательностью ДНК. Гистовая РНК имеет основания РНК, которые дополняют друг друга, к целям ДНК-последовательности мишени в геноме. Это означает, что, по крайней мере теоретически, направляющая РНК будет связываться только с целевой последовательностью и другими областями генома.
Cas9 следует за направляющей РНК в одно и то же место в последовательности ДНК и делает срез по обеим линиям ДНК.
На этом этапе клетка признает, что ДНК повреждена и пытается ее восстановить.
Ученые могут использовать механизм ремонта ДНК для внесения изменений в один или несколько генов, в геноме клетки, представляющей интерес.
Возможности и последствия.
CRISPR-Cas9 обладает большим потенциалом в качестве инструмента для лечения ряда заболеваний, которые имеют генетический компонент, включая рак, гепатит B или даже высокий уровень холестерина.
Многие из предлагаемых приложений включают редактирование соматических геномов, (не репродуктивных) клеток, но был большой интерес и дискуссия о возможности редактирования зародышевой линии, (репродуктивных) клеток.
Поскольку любые изменения, произведенные в клетках зародышевой линии, будут передаваться из поколения в поколение, это имеет важные этические последствия.
Проведение генного редактирования в клетках зародышевой линии в настоящее время является незаконным в Великобритании и большинстве других стран.
Напротив, использование CRISPR-Cas9 и других технологий редактирования генов в соматических клетках является бесспорным. Действительно, они уже использовались для лечения заболеваний человека в небольшом количестве случаев, связанных с исключительными или угрожающими жизни.
Научные применения CRISPR за пределами редактирования генома.
Редактирование генома CRISPR позволяет ученым быстро создавать модели клеток и животных, которые исследователи могут использовать для ускорения исследований таких заболеваний, как рак и психические заболевания. Кроме того, CRISPR разрабатывается в качестве быстрой диагностики. Чтобы помочь этому исследованию во всем мире, Фэн Чжан и его команда обучили тысячи исследователей использованию технологий редактирования генома CRISPR путем прямого обучения и обмена более 40 000 компонентов CRISPR с академическими лабораториями по всему миру.
На сегодняшний день Ученые стремятся найти способ гарантировать, что CRISPR-Cas9 связывается и точно режет. Двумя способами это может быть достигнуто посредством:
дизайн лучших, более специфических ориентированных РНК, используя наши знания о последовательности ДНК генома и поведение «вне цели» различных версий комплекса Cas9-gRNA;
использование фермента Cas9, который будет вырезать только одну цепь ДНК, а не двойную нить. Это означает, что два фермента Cas9 и две направляющие РНК должны находиться в одном и том же месте для разреза. Это уменьшает вероятность того, что разрез будет сделан в неправильном месте.