Geenimuokkaustekniikka CRISPR-Cas9-järjestelmää käyttämällä voi johtaa moniin ei-toivottuihin mutaatioihin. Columbian yliopiston lääketieteellisen keskuksen tutkijat päätyivät tähän johtopäätökseen. "Lenta.ru" puhuu uudesta tutkimuksesta, jonka tulokset julkaistiin Nature Methods -lehdessä.
CRISPR / Cas9 on molekyylimekanismi, joka esiintyy bakteereissa ja antaa heille mahdollisuuden torjua viruksia bakteriofaageilla. CRISPR: t ovat "kasetteja" mikro-organismin DNA: ssa, jotka koostuvat toistuvista osioista ja ainutlaatuisista sekvensseistä, joita kutsutaan välikappaleiksi. Viimeksi mainitut ovat virus-DNA-fragmentteja. Pohjimmiltaan CRISPR: ää voidaan pitää tietopankkina, joka sisältää tietoja taudinaiheuttajien geeneistä. Cas9-proteiini käyttää näitä tietoja vieraan DNA: n tunnistamiseen oikein ja tekemään siitä vaarattoman leikkaamalla tietyssä paikassa.
CRISPR / Cas9: n tarkkuus sallii sen käytön geeninkäsittelytyökaluna, joka on paljon tehokkaampi kuin aiemmin olemassa olevat menetelmät. Tutkijat lisäävät DNA-kasetin, joka sisältää Cas9-proteiinigeenin ja alueen, joka koodaa erityistä kohdennettavaa RNA-molekyyliä (sgRNA) soluun, jonka genomimuutoksissa on tarkoitus tehdä. Jälkimmäinen voi kiinnittyä tiettyyn kohtaan genomissa osoittaen Cas9: lle, mihin leikata. Voit sitten lisätä halutun geenin tai geeniryhmän aukkoon, luomalla muokatun solun.
CRISPR / Cas9: n etuna on, että se voi tehdä tarkkoja muutoksia vähentämällä ei-toivottujen leikkausten (kohteiden ulkopuolisten vaikutusten) määrää muissa genomin osissa. Lisäksi se säästää aikaa ja rahaa - toisin kuin muut laajalti käytetyt menetelmät, joissa käytetään nukleaasientsyymejä. CRISPR-järjestelmä sopii paremmin tilanteisiin, joissa useita viallisia geenejä on korjattava kerralla, koska se vaatii vain vastaavan sgRNA: n syntetisoinnin. Nukleaasien tapauksessa jokaiselle spesifiselle DNA-kohdalle on tarpeen koota oma spesifinen entsyymi, joka on pidempi ja kalliimpi.
CRISPR / Cas9 -taitekuvakuva: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT
Teknologiasta tuli nopeasti suosittu paitsi tutkijoiden keskuudessa myös populaarikulttuurissa. Se esiintyy esimerkiksi X-Filesin uuden kauden joidenkin jaksojen joukossa joukkotuhoaseena. Myös Yhdysvaltain kansallisen tiedustelupalvelun johtaja James Clapper ilmaisi huolensa, koska hän uskoo geenitekniikan olevan uhka. Kaikki tekniikat ovat kuitenkin vaarallisia, jos niitä käytetään väärin. Esimerkiksi antibioottien käyttämätön ja toistuva käyttö, jotka ovat pelastaneet satojen tuhansien ihmisten hengen, ruokkivat mikrobilääkeresistenssien superbugien syntymistä.
Fiktioista huolimatta CRISPR / Cas9: tä sinänsä, kuten antibiootteja, ei voida käyttää ihmisten tuhoamisaseena. Mutta voit luoda muunnettuja organismeja, kuten hyttysiä, jotka levittävät viallisen geenin populaatiossaan, mikä voi johtaa vereen imevien hyönteisten määrän voimakkaaseen laskuun. Biologit kehottavat olemaan erityisen varovaisia tällaisten sovellusten suhteen.
Immuunisolut hyökkäävät syöpäkasvuun Kuva: Steve Gschmeissner / Science Photo Library
Mainosvideo:
Samanaikaisesti monet biotekniikat uskovat, että tekniikka mahdollistaa vaarallisten sairauksien, myös geneettisistä syistä johtuvien, onnistuneen hoidon. Esimerkiksi vuoden 2016 lopussa Kiina oli jo kokeillut aggressiivisen keuhkosyövän hoidossa. Potilaan immuunisolut poistettiin ja pahanlaatuisten kasvainten torjuntaa tukahduttava geeni sammutettiin. Genomin modifiointimenettely oli onnistunut, ja solut vietiin uudelleen potilaan kehoon.
CRISPR / Cas9: llä on haittoja. Siten molekyylisten "saksien" katkaisema DNA menettää osan sekvenssistä, mikä estää "pisteen" editointia, toisin sanoen yhden yksittäisen nukleotidin korvaamista. Bioteknikot luovat parannettuja versioita järjestelmästä ylittämällä nämä rajoitukset. Esimerkiksi Etelä-Korean tutkijat ovat yhdistäneet Cas9-entsyymin toiseen proteiiniin, sytidiinideaminaasiin. Tämä opetti CRISPR / Cas9: n tekemään yhden nukleotidin substituutioita.
On kuitenkin toinen ongelma. Tosiasia, että tämä tekniikka voi myös tuoda esiin ei-toivottuja mutaatioita, ja tutkijat eivät vielä ymmärrä täysin, kuinka tämä voidaan poistaa. Ihmisten hoidossa riski on edelleen kohtuuttoman suuri: perimän sivumuutokset voivat vahingoittaa huomattavasti terveyttä.
Tietyt algoritmit voivat ennakoida, mihin genomissa tarpeettomia korvauksia voidaan tehdä. Ne toimivat erittäin hyvin, kun CRISPR modifioi yksittäisiä soluja tai kudoksia, mutta niitä ei käytetä elävien organismien suhteen.
CRISPR / Cas9-rakenne Kuva: Ian Slaymaker / Broad Institute
Esimerkiksi Columbian yliopiston bioteknologit ovat käyttäneet tekniikkaa mutaatioiden poistamiseen, jotka laukaisevat pigmentosalaisen verkkokalvon tulehduksen. Tätä varten ihmisen solut otettiin potilaalta ja ohjelmoitiin uudelleen kantasoluihin. Sitten vika korjattiin käyttämällä CRISPR-kasettia. Tällaiset modifioidut solut voidaan muuntaa verkkokalvosoluiksi ja siirtää potilaalle näkökyvyn palauttamiseksi.
Lisäksi samat tutkijat loivat geneettisesti muunnetut hiiret, joille pistettiin CRISPR: ää tsygoottivaiheessa. Sitten tutkijat sekvensoivat (määrittivät nukleotidisekvenssin) hiirien koko genomin. Vaikka CRISPR korjaa menestyksekkäästi geenin, jossa vika aiheutti sokeuden, se lisäsi myös yli 1500 yksittäisen nukleotidimutaation ja yli 100 deleetiota (lyhyiden osien deleetiot) ja insertioita. Mikään näistä ei-toivotuista muutoksista ei ennustettu tietokonealgoritmeilla.
Genomimuutos on hyvä tapa hoitaa perinnöllisiä sairauksia, jotka ovat tällä hetkellä parantumattomia. Stephen Tsangin mukaan hän ja hänen tekijänsä mielestä on tärkeää, että geenitekniikan tutkijat ovat tietoisia ei-toivottujen mutaatioiden mahdollisista vaaroista, joita syntyy DNA: n muokkaamisessa. Tällaiset mutaatiot sisältävät sekä nukleotidisubstituutioita genomin koodaavilla alueilla että ei-koodaavilla alueilla, joilla säätelyelementit sijaitsevat (ne kontrolloivat geenien aktiivisuutta).
Mutaatioista huolimatta hiiret menestyivät hyvin. Bioteknikot ovat edelleen optimistisia geeniterapian suhteen, koska lääketieteellisillä toimenpiteillä on sivuvaikutuksia. Sinun tarvitsee vain tietää mitä he ovat. Tulevaisuudessa tämä parantaa tekniikkaa tavoitteiden ulkopuolisten vaikutusten minimoimiseksi.
Alexander Enikeev