CRISPR-Cas9: Революционен инструмент за редактиране на гени

[mnogoznaiko]

CRISPR-Cas9 е инструмент за редактиране на гени, който предизвиква истински фурор в света на науката. Той е по-бърз, по-евтин и по-точен от предишните техники за редактиране на ДНК и има широк спектър от потенциални приложения.

Какво е CRISPR-Cas9?

Това е уникална технология, която позволява на генетици и медицински изследователи да редактират части от генома, като премахват, добавят или променят участъци от ДНК последователността. Понастоящем това е най-простият, най-гъвкавият и прецизен метод за генно манипулиране, което обяснява големия интерес към него.

Как работи CRISPR-Cas9?

Системата CRISPR-Cas9 се състои от две основни молекули, които внасят промяна (мутация) в ДНК:

• Ензим, наречен Cas9. Той действа като "молекулярна ножица", която може да разкъса двете нишки на ДНК на конкретно място в генома, така че след това да могат да се добавят или премахват части от ДНК.
• Парче РНК, наречено gRNA (guide RNA). То се състои от малко парче предварително проектирана РНК последователност (около 20 бази), разположена в по-дълга РНК рамка. Ръбът на рамката се свързва с ДНК, а предварително проектираната последователност "води" Cas9 към правилната част на генома. Това гарантира, че ензимът Cas9 реже на правилното място в генома.

gRNA е проектирана да намери и се свърже с конкретна последователност в ДНК. Тя има РНК бази, които са комплементарни на тези на целевата ДНК последователност в генома. Това означава, че теоретично gRNA ще се свърже само с целевата последователност и с никакви други области на генома.

Cas9 следва gRNA до същото място в ДНК последователността и прави разрез през двете нишки на ДНК.

На този етап клетката разпознава, че ДНК е повредена и се опитва да я поправи.

Учените могат да използват механизма на клетката за ремонт на ДНК, за да въведат промени в един или повече гени в генома на изследваната клетка.

Откъде идва тази технология?

Някои бактерии притежават подобна, вградена система за редактиране на гени като CRISPR-Cas9, която използват за да реагират на нахлуващи патогени като вируси, подобно на имунната система.

Използвайки CRISPR, бактериите изрязват части от вирусната ДНК и запазват малко парче от нея, за да им помогне да разпознаят и да се защитят срещу вируса при следващото му нападение.

Учените са адаптирали тази система, така че тя да може да се използва в други клетки от животни, включително мишки и хора.

Какви други техники има за промяна на гените?

През годините учените са научили много за генетиката и функцията на гените, като са изучавали ефектите от промените в ДНК.

Ако можете да създадете промяна в ген, било то в клетъчна линия или цял организъм, е възможно да изучите ефекта от тази промяна, за да разберете каква е функцията на този ген.

Дълго време генетиците използваха химикали или радиация, за да предизвикат мутации. Но те нямаха начин да контролират къде в генома ще се появи мутацията.

От няколко години учените използват "насочване на гени", за да въведат промени на specifici точки в генома, като премахват или добавят цели гени или единични бази.

Традиционното насочване на гени е било много ценно за изучаването на гени и генетиката, но отнема много време за създаване на мутация и е доста скъпо.

Какви са приложенията и последиците?

CRISPR-Cas9 има много потенциал като инструмент за лечение на редица заболявания с генетичен компонент, включително рак, хепатит B или дори висок холестерол.

Много от предлаганите приложения включват редактиране на геномите на соматични (нерепродуктивни) клетки, но има много интерес и дискусии за потенциала за редактиране на герминални (репродуктивни) клетки.

Тъй като всякакви промени, направени в герминалните клетки, ще бъдат предадени от поколение на поколение, това има важни етични последици.

Извършването на редактиране на гени в герминални клетки в момента е незаконно в България и в повечето други страни.

За разлика от това, използването на CRISPR-Cas9 и други технологии за редактиране на гени в соматични клетки е безспорно. Всъщност те вече са използвани за лечение на човешки заболявания при малък брой изключителни и/или животозастрашаващи случаи.

Какво е бъдещето на CRISPR-Cas9?

Вероятно ще минат много години, преди CRISPR-Cas9 да се използва рутинно при хора.

Много изследвания все още се фокусират върху неговото приложение при животински модели или изолирани човешки клетки, с цел в крайна сметка да се използва технологията за рутинно лечение на заболявания при хора.

Провежда се много работа за елиминиране на "извънредните" ефекти, при които системата CRISPR-Cas9 реже на различен ген от този, който е бил предназначен за редактиране.

По-добро насочване на CRISPR-Cas9

В повечето случаи gRNA се състои от специфична последователност от 20 бази. Те са комплементарни на целевата последователност в гена, който ще се редактира.

Въпреки това, не всички 20 бази трябва да съвпадат, за да може gRNA да се свърже.

Проблемът е, че последователност с, например, 19 от 20-те комплементарни бази може да съществува на съвсем различно място в генома.

Това означава, че gRNA може да се свърже там вместо или както и на целевата последователност.

Ензимът Cas9 ще реже на грешното място и в крайна сметка ще въведе мутация на грешното място.

Въпреки че тази мутация може да няма никакво значение за индивида, тя може да засегне важен ген или друга важна част от генома.

Учените са решени да намерят начин да гарантират, че CRISPR-Cas9 се свързва и реже точно.

Два начина, по които това може да се постигне, са:

• Проектиране на по-добри, по-специфични gRNA, използвайки знанията ни за ДНК последователността на генома и "извънредното" поведение на различните версии на комплекса Cas9-gRNA.
• Използване на ензим Cas9, който ще реже само една нишка от целевата ДНК, а не двойната нишка.

Това означава, че два ензима Cas9 и две gRNA трябва да са на едно и също място, за да се направи разреза.

Това намалява вероятността от разреза да се направи на грешното място.

CRISPR-Cas9 е революционен инструмент с потенциал да трансформира медицината и нашето разбиране за генетиката.

Въпреки че има много етични и технически препятствия, които трябва да бъдат преодолени, бъдещето на CRISPR-Cas9 е светло.

Този инструмент може да ни помогне да излекуваме някои от най-сериозните заболявания в света и да отвори нови врати в биологията и медицината.

Източници: 

https://medlineplus.gov/genetics/understanding/genomicresearch/genomeediting/

https://www.yourgenome.org/theme/what-is-crispr-cas9/