כלי חדש עבור מניפולציה ג 'ין
זוהי טכניקה מאוד גמישה כי חוקרים יכולים להשתמש כדי לשנות בקלות את הביטוי של גנים כדי להבין טוב יותר את הפונקציה שלהם.
מה בדיוק CRISPR?
CRISPR מייצג אשכולות באופן קבוע - Interspaced קצר Palindromic חוזר - שם משעמם להפליא עבור טכנולוגיה מרגשת. למה השם המייגע? הסיבה לכך היא שכאשר הם התגלו לראשונה בשלהי שנות השמונים לחיידקים, איש לא ידע מה היו טווחי הקצר של הדנ"א החוזר ונשבר על ידי רצפי DNA אקראיים. הם היו רק תכונה מוזרה בדנ"א הגנומי של כמה חיידקים.
זה לקח כמעט 20 שנים עד ג 'ניפר Doudna מאוניברסיטת קליפורניה הבנתי כי sequences אלה תואמים חלקים מסוימים של דנ"א ויראלי כי נגוע החיידקים. כפי שהתברר, רצפים CRISPR היו סוג של מערכת החיסון עבור החיידקים.
איך זה עובד?
דאודנה ומשתפת הפעולה שלה, עמנואל צ'רפנטייה, גילו בסופו של דבר, שכאשר נגועים בווירוס, חיידקים שהיו להם קטעים דנ"א קצרים וחוזרים, התואמים את הדנ"א הנגיפי, היו משתמשים בהם כדי ליצור רנ"א שקשור לדנ"א של הווירוס הפולש.
לאחר מכן, חתיכה שנייה של RNA עשוי DNA אקראי שהפריד את CRISPR חוזר אינטראקציה עם חלבון בשם Cas9. חלבון זה ידבק בדנ"א הנגיף וינטרל את הנגיף.
החוקרים הבינו עד מהרה כי הם יכולים לנצל את היכולת הזו של CRISPR כדי לחתוך רצפי DNA ספציפיים כדי להפיל את הגנים.
בעוד ישנן טכניקות אחרות, כגון אצבעונים אבץ אבץ ו TALENS שניתן להשתמש בהם כדי למקד ולחתוך מיקומים ספציפיים בדנ"א הגנומי, גישות אלה מסתמכים על חלבונים מגושם למקד את החלופות לאזורים ספציפיים ב- DNA. קשה לעצב ולבצע שינויים בקנה מידה גדול עם הרבה גנים באמצעות גישות אלה מוקדם יותר.
מה עושה את זה כל כך שימושי?
מערכת CRISPR מסתמכת רק על שני חלקים קצרים של רנ"א: אחד התואם את אזור הדנ"א הממוקד, והשני שקושר לחלבון הנקרא Cas9. למעשה, אם כי, מתברר כי הן אלה רנ"א קצר חתיכות יכול להיות משולב למולקולה כפולה פונקציה אחת RNA המולקולות כי הן מטרות רצף DNA ספציפי ומגייס את החלבון Cas9. משמעות הדבר היא כי חלבון Cas9 ו חתיכה אחת קצרה של RNA כי הוא 85 בסיסים הוא כל מה שצריך כדי לחתוך DNA כמעט בכל מקום בגנום. זה פשוט יחסית כדי להציג את ה- DNA לייצר מדריך יחיד RNA ואת חלבון Cas9 כמעט כל התאים ביצוע CRISPR החלים בדרך כלל.
עם זאת, מיקוד נוח הוא לא היתרון היחיד של הטכנולוגיה CRISPR על פני TALENS אחרים ואצבעות אבץ. מערכת CRISPR היא גם הרבה יותר יעילה מאשר אלה גישות חלופיות.
לדוגמה, קבוצה בהרווארד גילתה כי CRISPR מחק גן ממוקד ב-51% -79% מהמקרים, ואילו יעילות TALENS הייתה פחות מ -34%. בשל יעילות גבוהה זו, קבוצה אחרת הייתה מסוגלת להשתמש בטכנולוגיית CRISPR כדי להפיל ישירות גנים בעכברים עובריים כדי לייצר עכברים מהונדסים בדור יחיד. הגישה הסטנדרטית דורשת כמה דורות של גידול כדי לקבל את המוטציה בשני עותקים של גן ממוקד.
מה עוד יכול לעשות?
בנוסף למחיקת הגן, קבוצות מסוימות הבינו גם, עם כמה חלופות, המערכת יכולה לשמש סוגים אחרים של מניפולציה גנטית. לדוגמה, בתחילת 2013, קבוצה מ- MIT הראתה כי CRISPR יכול לשמש כדי להכניס גנים חדשים לדנ"א הגנומי. זמן קצר לאחר מכן קבוצה ב- UCSF השתמשה בגרסה שונה של המערכת המכונה "קריספרי" כדי להדחיק את הביטוי של גני מטרה בבקטריה.
לאחרונה, קבוצה באוניברסיטת דיוק הקימה וריאציה של המערכת כדי להפעיל קבוצות של גנים. מספר קבוצות פועלות כעת גם עם וריאציות של גישות אלה כדי להציג מספר גדול של גנים בבת אחת, כדי לגלות מי מהם מעורב בתגובות ביולוגיות שונות.
צעצוע חדש מבריק של הנדסה גנטית
אין ספק, יש התרגשות עצומה על הכלי החדש הזה עבור הנדסה גנטית ואת העומס ליישם אותו עבור מגוון רחב של יישומים. עם זאת, ישנם עדיין כמה אתגרים שצריך להתגבר, כפי שקורה לעתים קרובות עם טכנולוגיה חדשה, זה לוקח קצת זמן כדי להבין היכן המגבלות. חוקרים בהרווארד, למשל, מצאו כי הכוונה CRISPR לא יכול להיות מדויק כמו בתחילה חשבתי. השפעות מחוץ למכלול CRISPR יכולות להוביל לשינויים לא מכוונים בעת שינוי ה- DNA.
למרות האתגרים, עם זאת, CRISPR בבירור הוכיח פוטנציאל עצום כדי להקל על שינוי של DNA גנומי שיסייע לחוקרים להבין מהר יותר איך עשרות אלפי הגנים בתפקוד הגנום האנושי. זה לבד יש השלכות חשובות על שיפורים טיפול המחלה ואבחון. יתר על כן, עם התפתחות נוספת, הטכנולוגיה עצמה עשויה להיות שימושית עבור סוג חדש של תרפויטים. זה עשוי לספק גישה חדשה לריפוי גנטי . עם זאת, התקדמויות אלה הם off off. לעת עתה, זה רק מרגש לראות את ההתפתחות המהירה של כלי מחקר חדש זה ולחשוב על סוגי ניסויים זה עשוי לאפשר.
(פורסם: 30 בספטמבר 2013)