За щось, що називається "загальна назва для молекулярних біологів», ймовірно, багато хто з вас ніколи не чули про CRISPR і не знають, чому ви повинні бути схвильовані (чи, можливо, налякані). Це все про передову генну терапію та сплайсинг – і це втілює науково-фантастичні ідеї прямо в реальність. Ось короткі поширені запитання про науку, що стоїть за CRISPR, і про те, чому світ приділяє таку пильну увагу.
Гаразд, що таке CRISPR і що це означає?
CRISPR відноситься до незвичайних послідовностей ДНК, які допомагають захистити організми, виявляючи загрози, особливо віруси, і атакуючи їх. Назва означає Кластерний Регулярно проміжний Короткий Паліндромний Повтори. Так, це звучить трохи смішно, але насправді це дуже точний опис, якщо дивитися на самі послідовності ДНК. Вони згруповані, розподілені через чіткі проміжки, і коли їм присвоєно буквене значення, вони виглядають як короткі паліндроми, що повторюються знову і знову з невеликими варіаціями.
Рекомендовані відео
CRISPR були вперше помічені ще в 1980-х роках, коли вчені вивчали геноми архей і бактерій. Навіть у таких відносно простих геномах біологи (особливо Франциско Мохіка) почали помічати ці дивні послідовності, які, здавалося, повторювалися дуже специфічним чином, з проміжками між ними. Молекулярні біологи були впевнені, що вони мали унікальну мету, і невдовзі переважаючою теорією став захист від вірусів, що було остаточно доведено в 2007 році під керівництвом Філіпа Горвата. Проте лише на початку 2010-х років дослідники почали особливо захоплюватися потенціалом CRISPR.
Пов'язані
- Редагування гена CRISPR-Cas9 одного разу може «вимкнути» вірус ВІЛ в організмі
- Повідомляється, що китайські лікарі народили перших у світі дітей із зміненими генами
Отже, це просто ланцюг ДНК?
Так і ні. CRISPR став засобом сплайсингу генів, редагування та загальних експериментів. Щоб зрозуміти, як це відбувається, важливо спочатку зрозуміти роль CRISPR в геномах і як вони працюють для захисту організмів (зазвичай, як ми вже згадували, бактерій). Справедливим порівнянням були б телеграфи, які надсилають код Морзе. Кожна послідовність — це повідомлення про іншу атаку, а кожен пробіл — це STOP, який завершує це повідомлення. Якщо метафори вам не подобається, Гарвард заглиблюється набагато глибше.
Коли організм стикається з новим і небезпечним вірусом, він не знає, як захистити себе чи побороти вірус – він має навчитися, як і більшість імунних реакцій. Це може бути складно, оскільки віруси безпосередньо атакують ДНК… але це також робить їх певним чином уразливими. Послідовності CRISPR викрадають ключові ланцюжки ДНК у вірусу та зберігають їх у маленьких повідомленнях азбукою Морзе. Коли подібний вірус атакує знову, CRISPR відповідає: «О, ми це розуміємо: ось як його перемогти!» І він надсилає відповідне повідомлення азбукою Морзе на поле бою.
Там маленькі солдатики CRISPR під назвою Cas – ферменти, вироблені спеціально для цієї місії та пронумеровані відповідно їхня мета – зв’язуватися з вірусною ДНК і розрізати її в слабкому місці відповідно до інформації, закодованої в повідомлення. Це вимикає вірус і дає можливість організму успішно захищатися.
…Гаразд. Чому це знову має значення?
Оскільки – і важко недооцінити важливість цього – поки CRISPR використовує лише свій телеграф систему захисту від вірусів, вчені зрозуміли, що вони можуть використовувати цей телеграф, щоб спілкуватися що завгодно. Закрити ген? Звичайно (це навіть не обов’язково має бути вірусний ген). Увімкнути ген? Немає проблем – просто надішліть потрібну інструкцію солдатам ферменту Cas. Зокрема, CRISPR-Cas9 може стати чудовим інструментом для нарізки, рекомбінації та взагалі редагування ДНК, якщо він отримує правильні повідомлення.
Роками вчені працювали над тим, як контролювати Cas9, а згодом розробляли невеликі напрямні РНК для Cas9. солдатів і навіть додаткових солдатів називають Cpf1, які краще проникають і вилучаються без ризику мутація. У порівнянні з цим старі, громіздкі інструменти маніпуляції генами виглядали як клуби печерних людей поруч із хірургічними лазерами. Це стало величезною новиною в науковому співтоваристві та фактично почало кілька битв між різними групами та дослідниками про те, хто за що заслуговує заслуги.
Все йде нормально. Але чому це велика проблема у світі технологій?
Оскільки зараз ми перебуваємо на початку величезного сплеску експериментів CRISPR. Наші медичні пристрої та наукові знання досягли такого рівня, коли ми можемо застосувати все, що навчилися з CRISPR, на практиці та розпочати швидкі та ефективні експерименти зі сплайсингу генів. Для тих, хто цікавиться найсучаснішим, Бахрома-гідні подвиги науки, це місце бути.
справді? Ви хочете сказати, що ми можемо редагувати? хто завгоднотепер ДНК?
Гарне питання. Ми ще не досягли цього, але було проведено кілька багатообіцяючих експериментів. Вийшла пара мавп зі специфічними генними змінами через цілеспрямовані мутації за допомогою техніки CRISPR. Мета полягала в тому, щоб виявити генетичні проблеми до народження та порушити несправні гени, щоб вони не можуть завдати жодної шкоди (це також було великою справою, що він спрацював із мавпами, а не просто з ними миші). Інші експерименти показали, що цей процес також можна використовувати безпечно змінювати ДНК, щоб протистояти ВІЛ-інфекції.
Однак найцікавіший експеримент триває в Китаї, де вчені намагаються використовувати методи CRISPR видалити пошкоджену ДНК з клітин живих дорослих хворих на рак легенів. На цей проект дивляться багато очей, щоб побачити, наскільки він успішний.
Гаразд: як виглядає майбутнє CRISPR?
У нас багато роботи. Варто зазначити, що згадані вище експерименти вимагали тривалого періоду дорогих досліджень і багатьох, багатьох невдалих випадків раніше успіх був досягнутий – і навіть тоді, щоб навчитися точно повторювати ці експерименти, знадобиться серйозна праця та інвестиції.
Але це більше стосується вдосконалення, ніж нових відкриттів: іншими словами, це лише питання часу, коли ми навчимося використовувати CRISPR достатньо добре, щоб запровадити програми в медичний світ. Коли це почне відбуватися (а це може бути лише через кілька років), багато теоретичних запитань, які ми маємо щодо маніпулювання генами, дизайнерські малюки, озброєні організми, людське збільшення та системи оплати за лікування стануть набагато більшим, ніж теоретично.
Рекомендації редакції
- Редагування генів CRISPR може допомогти зупинити поширений вірус домашньої птиці
- Сага про немовлят CRISPR триває, оскільки Китай підтверджує другу генно-редаговану вагітність
- Редагування генів CRISPR створює стійких до кокаїну мишей, спрямованих на розгадування головоломки залежності
