Что такое CRISPR-Cas9?
CRISPR-Cas9 - это инструмент для редактирования генома, который успел наделать шума в научном мире. При помощи него быстрее, дешевле и точнее можно редактировать геномы живых организмов. То, что еще 20 лет назад можно было увидеть только в фильмах о научной фантастике, сегодня всерьез обсуждается и применяется на практике по отношению к животным и простым организмам. Несмотря на возможность технологии редактировать «плохие гены», ученые не торопятся экспериментировать на людях – предвидеть последствия измененного гена в долгосрочной перспективе не представляется возможным. Тем не менее, дискуссии вокруг CRISPR-Cas9 не утихают который год, все потому что потенциал у технологии сумасшедший.
Что такое CRISPR-Cas9?
CRISPR-Cas9 - это уникальная технология, которая позволяет генетикам и медицинским исследователям редактировать части генома путем удаления, добавления или изменения участков последовательности ДНК.
В настоящее время это самый простой, универсальный и точный метод генетической манипуляции, поэтому он вызывает ажиотаж в научном мире.
Как работает CRISPR-Cas9 ?
Система CRISPR-Cas9 состоит из двух ключевых молекул, которые вносят изменения В ДНК. В сущности, создает искусственную мутацию в гене, который функционирует неправильно (то есть имеет мутацию естественного характера) и делает так, чтобы ген начал работать правильно. Например, некоторые врожденные респираторные заболевания или заболевания сердца, могли бы быть предотвращены еще до рождения ребенка, путем изменения генов эмбриона, отвечающих за развитие этих заболеваний.
Молекулы из которых состоит CRISPR-Cas9:
- Фермент Cas9. Действует как пара «молекулярных ножниц», которые могут разрезать две нити ДНК в определенном месте в геноме, чтобы затем можно было добавить или удалить кусочки ДНК.
- Отрезок направляющей РНК (гРНК). Он состоит из небольшого фрагмента предварительно разработанной последовательности РНК (длиной около 20 оснований), расположенной в более длинном каркасе РНК.
Суть процесса:
1.Часть каркаса РНК связывается с выбранным геном, а заранее разработанная последовательность «направляет» Cas9 в нужную часть генома. Это гарантирует, что фермент Cas9 разрежет геном в нужном месте, а направляющая РНК будет связываться только с целевой последовательностью, а не с другими участками генома.
2.Cas9 следует за направляющей РНК в одно и то же место в последовательности ДНК и делает разрез через обе нити ДНК (состоит из двух нитей, вспоминаем спиральку из учебника биологии).
3.На этом этапе клетка распознает повреждение ДНК и пытается ее восстановить, по счастливому стечению обстоятельств там оказывается заготовленный сегмент РНК, который и устанавливается на место (в случае замены сегмента) или происходит соединение в месте разрыва, но уже с вырезанным поврежденным сегментом.
Казалось бы идеальный метод восстановления поврежденных и неправильно функционирующих геномов, однако есть еще сложности в понимании использования CRISPR-Cas9. Дело в том, что на данный момент ученые обладают информацией всего лишь о 2% генома человека, но даже чтобы предсказать возможные последствия изменения любого гена для остального генома требуется очень много времени – полноценный жизненный цикл клетки и жизненные циклы клеток, произошедших от нее, не говоря про возможные влияния на клетки из вне с их непредсказуемой реакцией.
Если вы можете создать изменение в гене, либо в клеточной линии, либо во всем организме, необходимо долго изучить эффект этого изменения, чтобы понять, какова функция этого гена. Но оно того стоит. Внедрение технологии в повседневную медицину, могло бы помочь в лечении многих болезней, которые на сегодняшний день считаются либо трудноизлечимыми, либо не лечатся вообще.
CRISPR-Cas9 имеет большой потенциал в качестве инструмента для лечения ряда заболеваний, имеющих генетический компонент, включая рак, гепатит B или даже высокий холестерин.
На сегодняшний день многие из существующих технологий предполагают редактирование геномов соматических (не репродуктивных) клеток, в то время CRISPR-cas9 намекает на возможность редактирования зародышевой линии (репродуктивные) клетки. Хотя международный комитет по этике не скоро это допустит, поскольку любые изменения, внесенные в клетки зародышевой линии, будут передаваться из поколения в поколение, это имеет важные этические последствия. Редактирование генов в половых клетках в настоящее время запрещено законом в большинстве стран мира.
Источник: https://www.yourgenome.org/