Шта је ЦРИСПР? Водич за почетнике

За нешто што се зове „познато име за молекуларне биологе”, многи од вас вероватно никада нису чули за ЦРИСПР, и не знају зашто би требало да будете узбуђени (или, можда, преплашени). Све се ради о напредној генској терапији и спајању – и то доводи научно-фантастичне идеје директно у стварност. Ево кратких честих питања о науци која стоји иза ЦРИСПР-а и зашто свет обраћа тако велику пажњу.

У реду, шта је ЦРИСПР и шта значи?

ЦРИСПР се односи на необичне секвенце ДНК које помажу у заштити организама тако што идентификују претње – посебно вирусе – и нападају их. Име значи Кластеред Регуларли Интерспацеед Схорт Палиндромски Понавља. Да, то звучи помало смешно, али то је заправо веома тачан опис када се гледају саме ДНК секвенце. Груписани су, распоређени су у јасним интервалима, а када им се додељују словне вредности, изгледају као кратки палиндроми који се понављају изнова и изнова са малим варијацијама.

Царолине Давис2010 | Флицкр

ЦРИСПР су први пут примећени још 1980-их када су научници проучавали геноме археја и бактерија. Чак и у тако релативно једноставним геномима, биолози (посебно Францисцо Мојица) су почели да примећују ове чудне секвенце које су изгледале да се понављају на веома специфичан начин, са размацима између. Молекуларни биолози су били сигурни да имају јединствену сврху, а преовлађујућа теорија је убрзо постала одбрана од вируса, што је коначно доказано 2007. године под вођством Филипа Хорвата. Међутим, тек почетком 2010-их истраживачи су почели да се посебно залажу за потенцијал који стоји иза ЦРИСПР-а.

Дакле, то је само ДНК ланац?

Да и не. ЦРИСПР је постао покретач спајања гена, уређивања и општег експериментисања. Да бисте разумели како, важно је прво разумети улогу ЦРИСПР-а у геномима и како они раде на заштити организама (обично, као што смо споменули, бактерија). Поштено поређење би били телеграфи који шаљу Морзеову азбуку. Свака секвенца је порука о другом нападу, а сваки размак је СТОП који завршава ту поруку. Ако метафоре нису твоја ствар, Харвард иде у много више дубине.

Када организам наиђе на нови и опасан вирус, не зна како да се заштити или победи вирус – мора да учи, баш као и већина имунолошких одговора. Ово може бити незгодно, јер вируси директно нападају ДНК... ​​али то их такође чини рањивим на одређене начине. ЦРИСПР секвенце краду кључне нити ДНК од вируса и чувају их у тим малим порукама Морзеове азбуке. Када сличан вирус поново нападне, ЦРИСПР одговара: „Ох, препознајемо ово: ево како да га победимо!“ И шаље одговарајућу Морзеову азбуку на бојно поље.

Слике Википедије

Тамо, мали ЦРИСПР војници звани Цас – ензими произведени посебно за ову мисију и нумерисани према њихова сврха – да се вежу за вирусну ДНК и пресеку је на њеној слабој тачки, према информацијама кодираним у порука. Ово гаси вирус и омогућава организму да се успешно брани.

…Добро. Зашто је ово опет важно?

Јер – и тешко је потценити важност овога – док ЦРИСПР користи само свој телеграф система за одбрану од вируса, научници су схватили да би могли да користе тај телеграф за комуницирати било шта. Искључити ген? Наравно (не мора чак ни да буде вирусни ген). Упалити ген? Нема проблема - само телеграмирајте праву инструкцију војницима ензима Цас. ЦРИСПР-Цас9 посебно може постати одличан алат за сечење, рекомбиновање и генерално уређивање ДНК, све док прима праве поруке.

Годинама, научници су радили на начинима да контролишу Цас9 и, касније, да развију мале РНК водиче за Цас9 војници, па чак и додатни војници називају Цпф1, који су бољи у инфилтрацији и екстракцији без ризика од мутација. У поређењу са овим, стари, гломазни алати за манипулацију генима изгледали су као клубови пећинских људи поред хируршких ласера. То је постала огромна вест у научној заједници и заправо је покренула неколико битака између различитих група и истраживача око тога ко је за шта заслужан.

Засада је добро. Али зашто је ово велика ствар у свету технологије?

Зато што смо тренутно на почетку великог налета ЦРИСПР експериментисања. Наши медицински уређаји и научна сазнања достигли су тачку у којој можемо да применимо све што смо научили од ЦРИСПР-а у пракси и почнемо да изводимо брзе, ефикасне експерименте на спајању гена. За оне који су заинтересовани за најновије, Фринге-достојни подвизи науке, ово је место за бити.

Стварно? Хоћете да кажете да можемо да уређујемо било коима ДНК сада?

Добро питање. Још нисмо тамо, али је спроведено неколико обећавајућих експеримената. Произведен је пар мајмуна са специфичним променама гена путем циљаних мутација користећи ЦРИСПР технике. Овде је циљ био да се идентификују генетски проблеми пре рођења и да се поремете неисправни гени тако да не могу да направе никакву штету (такође је била велика ствар што је радио са мајмунима уместо само са мишеви). Други експерименти су показали да се процес такође може користити за безбедно мењају ДНК да би се одупрли ХИВ инфекцији.

Међутим, најузбудљивији експеримент је у току у Кини, где научници покушавају да користе ЦРИСПР технике да уклонити оштећену ДНК из ћелија живих одраслих пацијената са карциномом плућа. Много је очију на овом пројекту да се види колико је успешан.

У реду: Како изгледа будућност ЦРИСПР-а?

Имамо много посла. Вреди напоменути да су горе поменути експерименти захтевали дуг период скупих истраживања и много, много неуспешних случајева пре успех је постигнут – а чак и тада, учење како да се ти експерименти тачно понављају захтеваће озбиљан рад и улагања.

Али ово је више о префињености него о новим открићима: Другим речима, само је питање времена када ћемо научити да користимо ЦРИСПР довољно добро да унесемо апликације у свет медицине. Када то почне да се дешава (а могло би да прође само неколико година), многа теоријска питања која имамо о манипулацији генима, дизајнерске бебе, наоружани организми, људско повећање и системи плаћања за излечење постаће много више од теоретске.

Препоруке уредника

• Уређивање гена ЦРИСПР могло би помоћи да се заустави уобичајени вирус перади
• Сага о бебама ЦРИСПР се наставља док Кина потврђује другу трудноћу уређену генима
• Уређивање гена ЦРИСПР ствара мишеве отпорне на кокаин, има за циљ да разбије слагалицу зависности