Metoda CRISPR/Cas
Metoda CRISPR/Cas (ang. Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats, pol. zgrupowane, regularnie rozproszone, krótkie, powtarzające się sekwencje palindromiczne) – metoda inżynierii genetycznej, pozwalająca na manipulacje genomem danego organizmu, a także mechanizm immunologiczny bakterii, na podstawie którego powstała owa metoda.
Spis treści
Historia odkrycia[edytuj | edytuj kod]
W 1987 roku japoński naukowiec Yoshizumi Ishino odkrył, że bakterie Escherichia coli posiadają w swoim materiale genetycznym, w ściśle określonym miejscu, kilka powtarzających się sekwencji. Ich funkcję odkryły w 2005 roku trzy niezależnie pracujące zespoły. Okazało się, że jest to genotyp bakteriofagów, co sugerowało, że odkryto jeden z mechanizmów obrony immunologicznej u bakterii[1][2]. Te domysły zostały potwierdzone przez następne badania, a od czasu odkrycia mechanizmu CRISPR u bakterii i archeonów, dowiedziono, że komórki organizmów wyższych, w tym ludzi, też posiadają identyczny mechanizm[1].
Mechanizm immunologiczny CRISPR[edytuj | edytuj kod]
W organizmie bakterii odcinki CRISPR są krótkimi odcinkami DNA występującymi po kilka i oddzielonymi od siebie innymi odcinkami. Podczas transkrypcji cały odcinek DNA (z odcinkami CRISPR i z tymi pomiędzy) jest przekształcany w matrycowe RNA (mRNA). Potem w obróbce potranskrypcyjnej mRNA jest dzielone na krótsze odcinki crRNA (CRISPR RNA), również zawierające odcinek CRISPR jak i te bez niego. Następnie następuje przyłączenie odcinka tractRNA (transactive CRISPR RNA). Te dwa odcinki tworzą wspólnie nazwę gRNA, które jest sygnaturą (wzorcem) wirusa używanym w mechanizmach obronnych komórki[1].
System CRISPR działa podobnie jak ludzkie mechanizmy immunologiczne (nabyte). Pozwala bakteriom, które przeżyły atak wirusa, uodpornić się na niego, a w przypadku kolejnego ataku, zareagować szybciej i bardziej wydajnie[3].
Do prawidłowego mechanizmu potrzebne są gRNA, zawierające wzorzec wirusa, oraz enzym z grupy Cas, zdolny do cięcia materiału genetycznego wirusa[1]. W wyniku porównania gRNA z materiałem wirusa, oraz jego bardzo precyzyjnym pocięciu przez enzym, wirus przestaje stawać zagrożenie. Pozostałe odcinki wirusowego materiału genetycznego są wbudowywane w genom gospodarza w specjalnie przygotowane kasetony[4].
CRISPR jako metoda inżynierii genetycznej[edytuj | edytuj kod]
W przypadku metody CRISPR możliwe jest dokonywanie bardzo precyzyjnej edycji genomu docelowej komórki. Jest to poza tym metoda stosunkowo tania, wydajna i prosta w wykonaniu[1].Jedyne, co jest wymagane przy dokonywaniu transformacji genetycznej, to odpowiednie gRNA oraz zadbanie o dostępność enzymu Cas (najczęściej Cas-9) w komórce docelowej.
Warunki, jakie musi spełniać zaprojektowane gRNA to początkowa sekwencja 5'-NGG-3', która jest wykrywana przez enzymy Cas, wspomagająca sekwencja na przeciwległej nici, antysensowna do sgRNA. Spełnienie tych dwóch warunków zapewnia wysoką specyficzność i wydajność dokonywanej transformacji[2][5].
Wyniki badań i modyfikacji przy użyciu metody CRISPR/Cas9[edytuj | edytuj kod]
W 2013 roku grupa naukowców z USA udowodniła, że można za pomocą metody CRISPR, wyłączyć u myszy jednocześnie 5 różnych genów z wydajnością ok. 80%[6]. W tym samym roku niezależnie pracujące zespoły badawcze doniosły o udanych modyfikacjach roślin, ze szczególnym uwzględnieniem roślin uprawnych[7][8].
W połowie 2015 roku naukowcy z Wielkiej Brytanii, Francji i Włoch przeprowadzili udaną modyfikację genetyczną komarów w taki sposób, że w każdym kolejnym pokoleniu badanej populacji rodziły się wyłącznie samice (przy czym transformacji dokonano tylko na jednym osobniku). Badania zostały wykonane pod kątem walki z malarią, gdzie zabicie całego gatunku komarów roznoszących malarię mogłoby znacznie obniżyć zachorowalność na nią, lub nawet wytępić ją całkowicie[9].
Także w 2015 roku doszło, przy pomocy metody CRISPR do udanej modyfikacji ludzkich komórek pierwotnych (ang. human primary cells)[10].
Na początku 2016 roku grupa naukowców z Chin jako pierwsza podjęła się użycia metody CRISPR na ludzkich embrionach, jako element leczenia złośliwego raka płuc. Głównym celem było zwiększenie zdolności komórek układu autoimmunologicznego do samodzielnej eliminacji szkodliwego nowotworu[11]. Jednak na początku 2017 roku amerykańscy naukowcy zapowiedzieli dokonanie u siebie pierwszych prób klinicznych, po tym jak Chińczycy ogłosili, że stan pacjenta po podaniu zmodyfikowanych komórek poprawia się. Pierwsze próby w USA są planowane na początek 2017 roku. Badania te zostaną sfinansowane przez Seana Parkera i odbędą się w instytucie nazwanym od jego imienia[12].
W styczniu 2017 grupa naukowców z USA, Chin i Francji przy użyciu metody CRISPR-Cas9 otrzymała bakterie (w tym przypadku E. coli), które miały wszczepiony materiał genetyczny od początku do końca zaprojektowany przez naukowców – a nie przeniesiony z innego organizmu, w którym występuje[13].
W czerwcu 2018 naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley opublikowali pracę wykorzystującą metodę CRISPR-Cas9 do leczenia osób z łamliwym chromosomem X. Wykorzystali oni jony złota jako nośnik dla enzymu tnącego DNA i przetransportowali go do mózgu. Jego celem była edycja genów dla receptora neuroprzekaźnika i zmniejszenie dzięki temu zachowań charakterystycznych dla tego zespołu[14].
Przypisy[edytuj | edytuj kod]
- ↑ a b c d e Czym jest CRISPR? | Augmentyka, „Augmentyka”, 31 stycznia 2016 [dostęp 2016-12-10] (pol.).
- ↑ a b t, Nowe zastosowanie CRISPR-Cas9 | DolinaBIOtechnologiczna.pl, dolinabiotechnologiczna.pl [dostęp 2016-12-10].
- ↑ Rodolphe Barrangou i inni, CRISPR Provides Acquired Resistance Against Viruses in Prokaryotes, „Science”, 5819, 2007, s. 1709–1712, DOI: 10.1126/science.1138140, ISSN 0036-8075, PMID: 17379808 [dostęp 2016-12-10] (ang.).
- ↑ Roman Krzysztof Górecki, Jacek K. Bardowski, Molekularne mechanizmy oporności bakterii kwasu mlekowego na bakteriofagi, „ResearchGate”, 4, 1 października 2011, ISSN 0079-4252 [dostęp 2016-12-10].
- ↑
David A. Nelles i inni, Programmable RNA Tracking in Live Cells with CRISPR/Cas9, „Cell”, 2, 2016, s. 488–496, DOI: 10.1016/j.cell.2016.02.054, ISSN 1097-4172, PMID: 26997482, PMCID: PMC4826288 [dostęp 2016-12-10].
- ↑ One-Step Generation of Mice Carrying Mutations in Multiple Genes by CRISPR/Cas-Mediated Genome Engineering [dostęp 2016-12-10].
- ↑ Qiwei Shan i inni, Targeted genome modification of crop plants using a CRISPR-Cas system, „Nature Biotechnology”, 8, 2013, s. 686–688, DOI: 10.1038/nbt.2650, ISSN 1087-0156 [dostęp 2016-12-10] (ang.).
- ↑ Wenzhi Jiang i inni, Demonstration of CRISPR/Cas9/sgRNA-mediated targeted gene modification in Arabidopsis, tobacco, sorghum and rice, „Nucleic Acids Research”, 2013, gkt780, DOI: 10.1093/nar/gkt780, ISSN 0305-1048, PMID: 23999092, PMCID: PMC3814374 [dostęp 2016-12-10] (ang.).
- ↑ Andrew Hammond i inni, A CRISPR-Cas9 gene drive system targeting female reproduction in the malaria mosquito vector Anopheles gambiae, „Nature Biotechnology”, 1, 2016, s. 78–83, DOI: 10.1038/nbt.3439, ISSN 1087-0156, PMID: 26641531, PMCID: PMC4913862 [dostęp 2016-12-10] (ang.).
- ↑ Ayal Hendel i inni, Chemically modified guide RNAs enhance CRISPR-Cas genome editing in human primary cells, „Nature Biotechnology”, 9, 2015, s. 985–989, DOI: 10.1038/nbt.3290, ISSN 1087-0156, PMID: 26121415, PMCID: PMC4729442 [dostęp 2016-12-10] (ang.).
- ↑ David Cyranoski, CRISPR gene-editing tested in a person for the first time, „Nature”, 7630, 2016, s. 479–479, DOI: 10.1038/nature.2016.20988 [dostęp 2016-12-10].
- ↑ China Has Launched the First-Ever CRISPR Gene-Editing Trial in Humans, Fortune, 15 listopada 2016 [dostęp 2016-12-10].
- ↑ Extra letters added to life's genetic code, „BBC News”, 24 stycznia 2017 [dostęp 2017-01-30] (ang.).
- ↑ Bumwhee Lee i inni, Nanoparticle delivery of CRISPR into the brain rescues a mouse model of fragile X syndrome from exaggerated repetitive behaviours, „Nature Biomedical Engineering”, 2018, DOI: 10.1038/s41551-018-0252-8, ISSN 2157-846X [dostęp 2018-06-26] (ang.).
