CRISPR - это молекулярный комплекс, выполняющий роль приобретенного иммунитета у бактерий, а также являющийся средством редактирования генома для человека.
Изначально CRISPR-Cas был исключительно приобретенным иммунитетом у бактерий, способом защиты от вирусов. Для того, чтобы перейти к редактированию генома, ученые досконально изучили принцип работы защитного комплекса у бактерий.
CRISPR - это локус, некоторая последовательность в ДНК у бактерий, состоящая из повторов и спейсеров. Повторы - это всего лишь ограничительные линии между спейсерами. А спейсеры - это основная составляющая CRISPR, на которой и основан специфический иммунитет, а именно вставленные в геном бактерии последовательности генетического материала вирусов.
Чтобы осознать всю суть CRISPR-Cas, следует посмотреть на механизм действия комплекса:
Строение локуса CRISPR: гены белков Cas, лидерская позиция с промотором(она так же может увеличивать количество спейсеров при вирусной атаке), повтор, спейсер, повтор, спейсер и т.д.
Вирус впрыскивает в клетку бактерии свою нуклеиновую кислоту(чаще всего ДНК). Особые белки Cas обнаруживают чужеродную макромолекулу и разрезают ее на несколько частей(произвольных) и встраивают их в собственную ДНК в локусе CRISPR(повторы, выполняющие роль ограничителей и спейсеры), встроенные вирусные последовательности в геном бактерии получили название спейсеры. Затем, при повторном заражении, CRISPR транскрибируется, рубится на отдельные части в местах повторов при помощи все тех же белков Cas. Отдельный спейсер и один повтор образуют особую crРНК, к которой присоединяется опять же белок Cas. Данный дуэт ищет комплиментарную crРНК последовательность нуклеотидов, соединяется с ней, и белок Cas рубит ее, тем самым деактивируя.
Транскрипция локуса усиливается при стрессе.
Это базовый принцип работы системы CRISPR-Cas, в котром пропущено множество сложных терминов и предложений, но его понимания достаточно, чтобы осознать, как использовать этот комплекс для редактирования генома(им можно как просто вырезать фрагмент ДНК, так и заменить его, на какой-либо другой):
Суть метода редактирования заключается в искусственном синтезе молекулы ДНК и введении ее в клетку, где необходимо изменить наследственный материал. Зачастую используют плазмиду(частичку с ДНК), добавляют к ней знакомую нам crРНК и ген, кодирующий белок Cas. Далее эту плазмиду вводят в клетку, она транскрибирует crРНК и Cas, образующие все тот же дуэт. Он находит комплиментарную ему последовательность в геноме организма и вырезает ее. В клетке запускается механизм репарации и умышленно раненое место в ДНК ремонтируется(либо просто сшиваются концы, либо вырезанный фрагмент заменяется фрагментом, схожим со второй гомологичной хромосомой). Если нам требуется заменить вырезанную последовательность на ту, которую хотим, то в клетку просто вводят заранее приготовленный фрагмент ДНК, и ферменты, если заметят, вшивают его в геном.
CRISPR-Cas - это революционное открытие, позволяющее бороться с генетическими заболеваниями и не только. Он уже был успешно использован при лечении онкобольного. CRISPR-Cas заменил ген в раковой клетке, который позволял ей скрываться от иммунной системы. В дальнейшем он сможет помочь вылечить любые нарушения генома, сможет помочь создать малярийного комара без малярии, сможет искоренить эпидемии, или хотя бы вывести новый сорт холодоустойчивого баклажана.