Что такое КРИСПР? Руководство для начинающих

За то, что называлось «имя нарицательное для молекулярных биологов» многие из вас, вероятно, никогда не слышали о CRISPR и не знают, почему вас следует волновать (или, возможно, ужасать). Все дело в передовой генной терапии и сплайсинге, которые воплощают научно-фантастические идеи прямо в реальность. Вот краткий ответ на часто задаваемые вопросы о науке, лежащей в основе CRISPR, и о том, почему мир уделяет этому пристальное внимание.

Хорошо, что такое CRISPR и что он означает?

CRISPR относится к необычным последовательностям ДНК, которые помогают защитить организмы, выявляя угрозы, особенно вирусы, и атакуя их. Имя означает Кластеризованные короткие интервалы с регулярными интервалами палиндромный Повторы. Да, это звучит немного смешно, но на самом деле это очень точное описание, если посмотреть на сами последовательности ДНК. Они сгруппированы, расположены через четкие промежутки, а при присвоении буквенных значений выглядят как короткие палиндромы, повторяющиеся снова и снова с небольшими вариациями.

Кэролайн Дэвис2010 | Фликр

Впервые CRISPR были замечены еще в 1980-х годах, когда ученые изучали геномы архей и бактерий. Даже в таких относительно простых геномах биологи (особенно Франсиско Мохика) начали замечать эти странные последовательности, которые, казалось, повторялись очень специфическим образом с пробелами между ними. Молекулярные биологи были уверены, что у них была уникальная цель, и вскоре преобладающей теорией стала защита от вирусов, которая была окончательно доказана в 2007 году под руководством Филиппа Хорвата. Однако только в начале 2010-х годов исследователи начали проявлять особый интерес к потенциалу CRISPR.

Значит, это всего лишь цепь ДНК?

Да и нет. CRISPR стал инструментом сплайсинга, редактирования и общих экспериментов генов. Чтобы понять, как это происходит, важно сначала понять роль CRISPR в геномах и то, как они защищают организмы (обычно, как мы уже упоминали, бактерии). Справедливым сравнением будет телеграф, передающий код Морзе. Каждая последовательность — это сообщение о другой атаке, а каждый пробел — это СТОП, завершающий это сообщение. Если метафоры не для вас, Гарвард идет гораздо глубже.

Когда организм сталкивается с новым и опасным вирусом, он не знает, как защитить себя или дать отпор вирусу – ему приходится учиться, как это делает большинство иммунных реакций. Это может быть непросто, поскольку вирусы атакуют ДНК напрямую… но это также делает их уязвимыми в определенных отношениях. Последовательности CRISPR крадут ключевые цепи ДНК вируса и сохраняют их в маленьких сообщениях азбуки Морзе. Когда аналогичный вирус атакует снова, CRISPR отвечает: «О, мы это понимаем: вот как его победить!» И он отправляет соответствующее сообщение азбуки Морзе на поле боя.

Изображения в Википедии

Там маленькие CRISPR-солдаты по имени Кас – ферменты, произведенные специально для этой миссии и пронумерованные согласно их цель – связаться с вирусной ДНК и разрезать ее в слабом месте, согласно информации, закодированной в сообщение. Это отключает вирус и позволяет организму успешно защищаться.

…Хорошо. Почему это снова имеет значение?

Потому что – и трудно преуменьшить важность этого – пока CRISPR использует только свой телеграф систему защиты от вирусов, ученые поняли, что они могут использовать этот телеграф для общаться что-либо. Выключить ген? Конечно (это даже не обязательно должен быть вирусный ген). Включить ген? Нет проблем – просто передайте правильную инструкцию ферментным солдатам Каса. CRISPR-Cas9, в частности, может стать отличным инструментом для разрезания, рекомбинации и вообще редактирования ДНК, если он получает правильные сообщения.

В течение многих лет ученые работали над способами контроля Cas9, а затем над разработкой небольших РНК-проводников для Cas9. солдаты и даже дополнительные солдаты называют Cpf1, которые лучше подходят для проникновения и извлечения без риска мутация. По сравнению с этим старые, громоздкие инструменты генных манипуляций выглядели как дубинки пещерного человека рядом с хирургическими лазерами. Это стало огромной новостью в научном сообществе и фактически положило начало нескольким битвам между различными группами и исследователями о том, кто и за что заслуживает похвалы.

Все идет нормально. Но почему это так важно в мире технологий?

Потому что в настоящее время мы находимся в начале огромного всплеска экспериментов с CRISPR. Наши медицинские устройства и научные знания достигли точки, когда мы можем применить на практике все, что мы узнали от CRISPR, и начать проводить быстрые и эффективные эксперименты по сращиванию генов. Для тех, кто интересуется передовыми технологиями, Бахрома-достойные подвиги науки, здесь место быть.

Действительно? Вы хотите сказать, что мы можем редактировать? любойДНК сейчас?

Хороший вопрос. Мы еще не там, но было проведено несколько многообещающих экспериментов. Была произведена пара обезьян. со специфическими изменениями генов посредством целевых мутаций с использованием технологий CRISPR. Целью здесь было выявить генетические проблемы еще до рождения и разрушить дефектные гены, чтобы они не могут причинить никакого вреда (также важно, что это работало с обезьянами, а не только с мыши). Другие эксперименты показали, что этот процесс также можно использовать для безопасно изменить ДНК, чтобы противостоять ВИЧ-инфекции.

Однако самый интересный эксперимент продолжается в Китае, где ученые пытаются использовать методы CRISPR для удалить поврежденную ДНК из клеток живых взрослых пациентов с раком легких. За этим проектом следят многие, чтобы увидеть, насколько он успешен.

Хорошо: как выглядит будущее CRISPR?

Нам предстоит много работы. Стоит отметить, что упомянутые выше эксперименты потребовали длительного периода дорогостоящих исследований и множества неудачных случаев, прежде чем успех был достигнут – и даже тогда, чтобы научиться точно повторять эти эксперименты, потребуются серьезные усилия и инвестиции.

Но речь идет скорее об усовершенствовании, чем о новых открытиях: другими словами, это всего лишь вопрос времени, когда мы научимся использовать CRISPR достаточно хорошо, чтобы применить его в медицинском мире. Когда это начнет происходить (а это может произойти всего через несколько лет), у нас возникнут многие теоретические вопросы о манипуляциях с генами. дизайнерские младенцы, организмы, превращенные в оружие, аугментация человека и системы оплаты лечения станут чем-то большим, чем просто теоретическим.

Рекомендации редакции

• Редактирование генов CRISPR может помочь остановить распространение распространенного птичьего вируса
• Сага о детях CRISPR продолжается: Китай подтверждает вторую беременность с помощью генно-отредактированного кода
• Редактирование генов CRISPR создает мышей, устойчивых к кокаину, и призвано разгадать загадку зависимости