Co je CRISPR? Průvodce pro začátečníky

Za něco, čemu se říká „domácí název pro molekulární biology“, mnozí z vás pravděpodobně nikdy neslyšeli o CRISPR a neví, proč byste měli být nadšení (nebo možná vyděšení). Je to všechno o pokročilé genové terapii a sestřihu – a přináší sci-fi myšlenky přímo do reality. Zde je rychlý FAQ o vědě stojící za CRISPR a proč tomu svět věnuje takovou pozornost.

Dobře, co je CRISPR a co znamená?

CRISPR označuje neobvyklé sekvence DNA, které pomáhají chránit organismy tím, že identifikují hrozby – zejména viry – a napadají je. Jméno znamená Clustered Pravidelně Interspaced Short Palindromický Opakuje se. Ano, to zní trochu směšně, ale ve skutečnosti je to velmi přesný popis, když se podíváme na samotné sekvence DNA. Jsou seskupeny, jsou rozmístěny v jasných intervalech, a když jim jsou přiřazeny hodnoty písmen, vypadají jako krátké palindromy, které se opakují stále dokola s malými obměnami.

Caroline Davis2010 | Flickr

CRISPR byly poprvé zaznamenány v 80. letech minulého století, kdy vědci studovali genomy archaea a bakterií. I v tak relativně jednoduchých genomech si biologové (zejména Francisco Mojica) začali všímat těchto podivných sekvencí, které se zdály opakovat velmi specifickým způsobem, s mezerami mezi nimi. Molekulární biologové si byli jisti, že mají jedinečný účel, a převládající teorie se brzy stala virovou obranou, což bylo nakonec prokázáno v roce 2007 pod vedením Philippa Horvatha. Teprve na začátku roku 2010 se však výzkumníci začali obzvláště zajímat o potenciál CRISPR.

Takže je to jen řetězec DNA?

Ano i ne. CRISPR se stal zprostředkovatelem genového sestřihu, editace a obecného experimentování. Abychom pochopili jak, je důležité nejprve porozumět roli CRISPR v genomech a tomu, jak fungují při ochraně organismů (typicky, jak jsme zmínili, bakterií). Spravedlivým srovnáním by byly telegrafy vysílající morseovku. Každá sekvence je zprávou o jiném útoku a každá mezera je STOP, která tuto zprávu ukončuje. Pokud metafory nejsou vaše věc, Harvard jde mnohem více do hloubky.

Když se organismus setká s novým a nebezpečným virem, neví, jak se chránit nebo jak virus odrazit – musí se to naučit, stejně jako většina imunitních reakcí. To může být složité, protože viry útočí přímo na DNA... ale to je také činí určitými způsoby zranitelnými. Sekvence CRISPR kradou klíčové řetězce DNA viru a uchovávají je v těch malých zprávách Morseovy abecedy. Když podobný virus znovu zaútočí, CRISPR odpoví: "Ach, my to poznáváme: Zde je návod, jak ho porazit!" A odešle příslušnou zprávu Morseovy abecedy na bojiště.

Obrázky z Wikipedie

Tam malí vojáci CRISPR jménem Cas – enzymy vyrobené speciálně pro tuto misi a očíslované podle jejich účelem – navázat se na virovou DNA a rozřezat ji na jejím slabém místě podle informací zakódovaných v zpráva. Tím se virus vypne a organismus se bude moci úspěšně bránit.

…Dobře. Proč na tom zase záleží?

Protože – a je těžké to podcenit – zatímco CRISPR používá pouze svůj telegraf systém pro obranu proti virům, vědci si uvědomili, že by mohli použít tento telegraf komunikovat cokoliv. Vypnout gen? Jistě (nemusí to být ani virový gen). Zapnout gen? Žádný problém – stačí telegrafovat správné instrukce enzymu Cas vojákům. Zejména CRISPR-Cas9 se může stát vynikajícím nástrojem pro krájení, rekombinaci a obecně úpravu DNA, pokud přijímá správné zprávy.

Po celá léta vědci pracovali na způsobech ovládání Cas9 a později na vývoji malých průvodců RNA pro Cas9 vojáci a dokonce i doplňkoví vojáci volají Cpf1, kteří jsou lepší v infiltraci a extrakci bez rizika mutace. Ve srovnání s tím vypadaly staré, těžkopádné nástroje genové manipulace jako kluby jeskynních lidí vedle chirurgických laserů. Ve vědecké komunitě se to stalo obrovskou novinkou a ve skutečnosti odstartovalo několik bitev mezi různými skupinami a výzkumníky o to, kdo si za co zaslouží uznání.

Zatím je vše dobré. Ale proč je to ve světě technologií tak velký problém?

Protože jsme v současné době na začátku obrovského výbuchu experimentů CRISPR. Naše lékařské přístroje a vědecké poznatky dosáhly bodu, kdy můžeme vše, co jsme se naučili z CRISPR, uvést do praxe a začít provádět rychlé a efektivní experimenty se sestřihem genů. Pro ty, kteří se zajímají o špičku, Třásně- důstojné činy vědy, tohle je to pravé místo.

Opravdu? Říkáte, že můžeme upravovat kdokolivDNA teď?

Dobrá otázka. Ještě tam nejsme, ale bylo provedeno několik slibných experimentů. Byl vyroben pár opic se specifickými genovými alteracemi prostřednictvím cílených mutací pomocí technik CRISPR. Cílem zde bylo identifikovat genetické problémy ještě před narozením a narušit tak vadné geny nedokážou způsobit žádné škody (velký problém byl také v tom, že to fungovalo s opicemi místo jen s nimi myši). Jiné experimenty ukázaly, že proces lze také použít bezpečně změnit DNA, aby odolala infekci HIV.

Nejzajímavější experiment však probíhá v Číně, kde se vědci snaží využít techniky CRISPR odstranit poškozenou DNA z buněk žijících dospělých pacientů s rakovinou plic. Na tento projekt je spousta očí, aby viděli, jak je úspěšný.

Dobře: Jak vypadá budoucnost CRISPR?

Čeká nás spousta práce. Stojí za zmínku, že výše uvedené experimenty vyžadovaly dlouhé období nákladného výzkumu a předtím mnoho, mnoho neúspěšných případů bylo dosaženo úspěchu – a dokonce i tehdy bude učení, jak přesně opakovat tyto experimenty, vyžadovat značnou práci a investice.

Ale to je více o zdokonalování než o nových objevech: Jinými slovy, je jen otázkou času, než se naučíme používat CRISPR natolik dobře, abychom přinesli aplikace do lékařského světa. Když se to začne dít (a může to být jen několik let), mnoho teoretických otázek, které máme o genové manipulaci, návrhářská miminka, zbraňové organismy, lidské augmentace a systémy platby za léčbu se stanou mnohem více než teoretickými.

Doporučení redakce

• Úprava genu CRISPR by mohla pomoci zastavit běžný virus drůbeže v jeho stopách
• Dětská sága CRISPR pokračuje, protože Čína potvrzuje druhé geneticky upravené těhotenství
• Editace genu CRISPR vytváří myši odolné vůči kokainu a jeho cílem je rozlousknout hádanku závislosti