Nový nástroj pro manipulaci s geny
Jedná se o velmi flexibilní techniku, kterou mohou vědci využít k tomu, aby snadno změnili expresi genů, aby lépe porozuměli jejich funkci.
Co přesně je CRISPR?
CRISPR znamená " Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats" - neuvěřitelně nudné jméno pro vzrušující technologii. Proč je to nudné jméno? Je to proto, že když byli poprvé objeveni v bakteriích koncem osmdesátých let, nikdo nevěděl, co je pro krátké úseky opakované DNA oddělených náhodnými sekvencemi DNA. Byly to jen zvláštní činy genomové DNA některých bakterií.
Trvalo téměř 20 let, než Jennifer Doudnaová na univerzitě v Kalifornii zjistila, že tyto sekvence odpovídají části určité virové DNA, která bakterie infikovala. Jak se ukázalo, sekvence CRISPR byly pro bakterie určitým imunitním systémem.
Jak to funguje?
Doudna a její spolupracovník Emmanuelle Charpentier nakonec zjistili, že bakterie, která byla infikována virem, měla tyto krátké opakující se fragmenty DNA, které odpovídaly virové DNA, a použily je k tomu, aby se RNA vázala na DNA invazivního viru.
Pak druhá část RNA vyrobená z náhodné DNA, která oddělila opakování CRISPR, interagovala s proteinem zvaným Cas9. Tento protein by rozštěpil DNA viru a inaktivoval virus.
Výzkumníci si rychle uvědomili, že by mohli využít této schopnosti CRISPR, aby rozštěpili specifické sekvence DNA, aby vyřadili geny.
Zatímco existují i jiné techniky, jako jsou nukleázy prstů zinku a TALENS, které mohou být použity k cílení a řezání specifických míst v genomové DNA, se tyto přístupy opírají o objemné proteiny, aby se zaměřily na změny v specifických oblastech v DNA. Je obtížné navrhnout a provést modifikace ve velkém měřítku se spoustou genů, které používají tyto dřívější přístupy.
Co dělá to tak užitečné?
Systém CRISPR se opírá pouze o dvě krátké části RNA: ta, která odpovídá cílené oblasti DNA, a druhou, která se váže na protein nazvaný Cas9. Ve skutečnosti se však ukázalo, že oba tyto krátké fragmenty RNA mohou být kombinovány do molekuly RNA s dvojitou funkcí, která je zaměřena na specifickou DNA sekvenci a naberá protein štěpící Cas9. To znamená, že protein Cas9 a jeden krátký kus RNA, který je dlouhý 85 bází, je vše, co je potřebné k tomu, aby se DNA vyřešila téměř kdekoli v genomu. Je poměrně jednoduché zavádět DNA, aby se vytvořila jednosměrná RNA a protein Cas9 téměř libovolné buňky, které činí CRISPR obecně použitelné.
Avšak výhodné cílení není jedinou výhodou technologie CRISPR oproti jiným prstům TALENS a zinku. Systém CRISPR je mnohem účinnější než tyto alternativní přístupy.
Například skupina na Harvardu zjistila, že CRISPR odstranil cílový gen v 51% -79% případů, zatímco účinnost TALENSu byla nižší než 34%. Kvůli této vysoké účinnosti byla další skupina schopna používat technologii CRISPR k přímému vyřazení genů u embryonálních myší k produkci transgenních myší v jediné generaci. Standardní přístup vyžaduje několik generací chovu, aby se dostala mutace v obou kopiích cíleného genu.
Co jiný může dělat?
Kromě výmazu genu některé skupiny také uvědomily, že s několika změnami může být systém použit pro jiné druhy genetické manipulace. Například na začátku roku 2013 skupina MIT ukázala, že CRISPR může být použita k vložení nových genů do genomové DNA. Krátce poté skupina u UCSF použila upravenou verzi systému nazvaného CRISPRi, aby potlačila expresi cílových genů u bakterií.
Nedávno skupina u univerzity v Duke nastavila také variaci systému pro aktivaci sad genů. Několik skupin nyní také pracuje s variacemi těchto přístupů k screenování velkého množství genů najednou, aby zjistilo, který z nich se podílí na různých biologických reakcích.
Nová lesklá hračka genetického inženýrství
Jistě, existuje obrovské vzrušení o tomto novém nástroji pro genetické inženýrství a ponáhľal se ho použít pro nejrůznější aplikace. Existují však ještě některé problémy, které je třeba překonat, a jak tomu často bývá v případě nových technologií, trvá určitá chvíle, kdy je možné zjistit, kde jsou omezení. Výzkumníci z Harvardu například zjistili, že cílení CRISPR nemusí být tak přesné, jak se původně myslelo. Off-target efekty komplexu CRISPR mohou vést k neúmyslným změnám při změně DNA.
Navzdory výzvám však CRISPR jednoznačně ukázal obrovský potenciál pro usnadnění změny genomové DNA, který pomůže vědcům rychleji porozumět tomu, jak desítky tisíc genů fungují v lidském genomu. To samo o sobě má důležité důsledky pro zlepšení léčby onemocnění a diagnózy. Dále s dalším vývojem může být samotná technologie užitečná pro nový typ terapeutiky. Může poskytnout nový přístup pro genovou terapii . Tyto pokroky jsou však způsoby, jak vypnout. Prozatím je jen vzrušující sledovat rychlý vývoj tohoto nového výzkumného nástroje a přemýšlet o typech experimentů, které může umožnit.
(Publikováno: 30. září 2013)