За последние годы появилось много разных статей, посвященных редактированию генома. Это технологии, позволяющие направленно изменять последовательность генома живых организмов. Попробуем разобраться в серии статей как все работает, нужны ли нам такие технологии.
Зачем нужно вносить в геном живых организмов мутации? В первую очередь для изучения функции. Какой-либо ген “ломают”, а затем смотрят, что происходит с клеткой или организмом в целом. Внесение мутаций может помочь получить клетку/организм с заданными свойствами. Эти мутации можно использовать для лечения некоторых заболеваний. Можно применять в сельском хозяйстве и многих других областях.
До появления генной инженерии ученые вводили мутации различными способами: облучение ультрафиолетом, радиация, химический мутагенез. При этом нельзя было точно сказать в каком месте и сколько мутаций произошло. Фенотипически отбирали мутантов и дальше их исследовали.
Затем, была описана полимеразная цепная реакция (ПЦР, способ увеличения количества копий ДНК в пробирке), был изучен процесс гомологичной рекомбинации. В результате, появились первые попытки искусственно манипулировать геномом, вводя определенный участок ДНК в клетку. То есть мы можем сделать определенную мутацию с помощью ПЦР и ввести модифицированную ДНК в клетку. Если в геномной ДНК клетки найдется гомологичный участок (похожий), то появится небольшой шанс, что запустится процесс гомологичной рекомбинации, в ходе которого произойдет обмен участка ДНК клетки с донорной молекулой, и мы сможем получить объект с заданными свойствами. Процесс достаточно редкий и трудоемкий. Для успешной селекции в донорную молекулу ДНК вводят специальный маркер. Это может быть ген флуоресцентного белка, может быть ген устойчивости к антибиотику. После гомологичной рекомбинации отбирают только те объекты, которые устойчивы к антибиотику или имеют флуоресцентный маркер.
Как было сказано выше - процесс довольно редкий. Однако, в клетке этот процесс тоже используется. Гомологичная рекомбинация - это один из способов репарации ДНК. То есть один из способов борьбы с мутациями. В нашем организме они возникают постоянно и клетка с ними борется. Напрашивается логичное решение проблемы. Если гомологичная репарация в клетке возможна и она запускается при повреждении, то для успешного встраивания нашей молекулы ДНК надо запустить репарацию. А значит надо повредить ДНК. Собственно на этом этапе и появляются технологии редактирования генома, или “молекулярные ножницы”. Это один из способов внесения двухцепочечного разрыва в молекулу ДНК. Для клетки это стресс. Она начинает запускать системы репарации чтобы избавиться от бреши. В случае если рядом плавает донорная ДНК, обладающая гомологичными участками, то клетка с радостью воспользуется этой молекулой, чтобы исправить повреждение. Почему именно двухцепочечный? Потому что одноцепочечный разрыв исправляется влет и без запуска сложных энергозатратных процессов.
На этом пока все. В дальнейшем расскажу про то какие именно бывают системы и что с их помощью можно сделать.