Genredigeringsteknologi ved hjælp af CRISPR-Cas9-systemet kan føre til mange uønskede mutationer. Denne konklusion blev nået af forskere fra Columbia University Medical Center. "Lenta.ru" taler om en ny undersøgelse, hvis resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Methods.
CRISPR / Cas9 er en molekylær mekanisme, der findes inde i bakterier og giver dem mulighed for at bekæmpe vira med bakteriofager. CRISPR'er er "kassetter" i DNA'et fra en mikroorganisme, der består af gentagne sektioner og unikke sekvenser kaldet afstandsstykker. Sidstnævnte er fragmenter af viralt DNA. I det væsentlige kan CRISPR betragtes som en databank, der indeholder information om generne af patogene midler. Cas9-proteinet bruger denne information til korrekt identifikation af fremmed DNA og gør det ufarligt ved at skære et bestemt sted.
Nøjagtigheden af CRISPR / Cas9 gør det muligt at bruge det som et genredigeringsværktøj, der er meget mere effektivt end tidligere eksisterende metoder. Forskerne indsætter en DNA-kassette indeholdende Cas9-proteingenet og en region, der koder for et specielt målrettet RNA-molekyle (sgRNA) i cellen, i hvis genomændringer skal foretages. Sidstnævnte kan knytte sig til et specifikt sted i genomet, hvilket angiver Cas9, hvor man skal skære. Du kan derefter indsætte det ønskede gen eller en gruppe gener i gabet og skabe en modificeret celle.
Fordelen ved CRISPR / Cas9 er, at den kan foretage præcise ændringer, hvilket reducerer antallet af uønskede nedskæringer (effekter uden for mål) i andre dele af genomet. Derudover sparer det tid og penge - i modsætning til andre vidt anvendte metoder, der bruger nuclease-enzymer. CRISPR-systemet er mere egnet til situationer, hvor flere defekte gener skal rettes på én gang, da det kun kræver syntese af det tilsvarende sgRNA. I tilfælde af nukleaser er det nødvendigt at samle sit eget specifikke enzym, som er længere og dyrere for hvert specifikt DNA-sted.
CRISPR / Cas9 Kunstnerisk billedkredit: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT
Teknologien blev hurtigt populær, ikke kun blandt forskere, men også inden for populærkultur. For eksempel vises det på plottet i nogle episoder af den nye sæson af The X-Files som et masseødelæggelsesvåben. Direktøren for den amerikanske nationale efterretningstjeneste, James Clapper, udtrykte også sin bekymring, der mener, at genteknologi er en trussel. Imidlertid er enhver teknologi farlig, hvis den bruges forkert. For eksempel bringer udugelig og hyppig brug af antibiotika, som har reddet hundrede tusinder af liv, fremkomsten af antimikrobiel-resistente superbugs.
På trods af fiktion kan CRISPR / Cas9 i sig selv, som antibiotika, ikke bruges som et ødelæggelsesvåben for mennesker. Men du kan oprette modificerede organismer, såsom myg, der spreder det defekte gen i deres befolkning, hvilket kan føre til et stærkt fald i antallet af blodsugende insekter. Biologer opfordrer til at være ekstremt omhyggelige med sådanne anvendelser.
Immunceller angriber kræftvækst Foto: Steve Gschmeissner / Science Photo Library
Salgsfremmende video:
Samtidig mener mange bioteknologier, at teknologien vil gøre det muligt at behandle farlige sygdomme, inklusive dem, der er forårsaget af genetiske årsager. I slutningen af 2016 havde Kina allerede eksperimenteret med behandling af aggressiv lungekræft. Patientens immunceller blev fjernet, og genet, der undertrykker kampen mod maligne tumorer, blev slukket. Genmodificeringsproceduren var vellykket, og cellerne blev genindført i patientens krop.
CRISPR / Cas9 har sine ulemper. Således mister DNA brudt af molekylær "saks" en del af sekvensen, som forhindrer "punkt" -redigering, dvs. udskiftningen af et enkelt nukleotid. Bioteknologer skaber forbedrede versioner af systemet ved at overvinde disse begrænsninger. F.eks. Har sydkoreanske forskere kombineret Cas9-enzymet med et andet protein, cytidindeaminase. Dette lærte CRISPR / Cas9 at fremstille substitutioner med en enkelt nukleotid.
Der er dog et andet problem. Faktum er, at denne teknologi også kan introducere uønskede mutationer, og forskere forstår endnu ikke helt, hvordan dette kan elimineres. Når det gælder behandling af mennesker, er risikoen stadig urimeligt høj: Sideændringer i genomet kan skade sundheden meget.
Visse algoritmer kan forudsige, hvor i genomet unødvendige udskiftninger kan foretages. De fungerer meget godt, når CRISPR modificerer individuelle celler eller væv, men bruges ikke når det kommer til levende organismer.
CRISPR / Cas9-struktur Foto: Ian Slaymaker / Broad Institute
For eksempel har bioteknologer ved Columbia University brugt teknologi til at fjerne mutationer, der udløser retinitis pigmentosa. Til dette blev hudceller taget fra patienten og omprogrammeret til stamceller. Defekten blev derefter rettet ved hjælp af en CRISPR-kassette. Sådanne modificerede celler kan omdannes til nethindeceller og transplanteres til en patient for at gendanne synet.
Derudover skabte de samme forskere genetisk modificerede mus, som blev injiceret med CRISPR på zygotetrinnet. Forskerne sekventerede derefter (bestemte nukleotidsekvensen) hele genomet til musene. Selvom CRISPR med succes korrigerede et gen, hvor defekten forårsagede blindhed, introducerede den også over 1.500 enkeltnukleotidmutationer og over 100 deletioner (deletioner af korte sektioner) og insertioner. Ingen af disse uønskede ændringer blev forudsagt af computeralgoritmer.
Genmodificering er en god måde at behandle arvelige sygdomme, der i øjeblikket er uhelbredelige. Ifølge Stephen Tsang mener han og hans medforfattere det er vigtigt for genteknologer at være opmærksomme på de potentielle farer ved uønskede mutationer, der opstår ved redigering af DNA. Sådanne mutationer inkluderer både nukleotidsubstitutioner i genomets kodende regioner og i ikke-kodende regioner, hvor regulatoriske elementer er lokaliseret (de kontrollerer genens aktivitet).
På trods af mutationerne gjorde musene det godt. Bioteknologier er fortsat optimistiske med hensyn til genterapi, da ethvert medicinsk indgreb har bivirkninger. Du skal bare vide, hvad de er. I fremtiden vil dette forbedre teknologien for at minimere effekter uden for målet.
Alexander Enikeev