Genredigeringsteknologi ved bruk av CRISPR-Cas9-systemet kan føre til mange uønskede mutasjoner. Denne konklusjonen ble nådd av forskere fra Columbia University Medical Center. "Lenta.ru" snakker om en ny studie, hvis resultat ble publisert i tidsskriftet Nature Methods.
CRISPR / Cas9 er en molekylær mekanisme som finnes inne i bakterier og lar dem bekjempe virus med bakteriofager. CRISPR-er er "kassetter" i DNA-en til en mikroorganisme, som består av repeterende seksjoner og unike sekvenser kalt avstandsstykker. De siste er fragmenter av viralt DNA. I hovedsak kan CRISPR betraktes som en databank som inneholder informasjon om genene til sykdomsfremkallende midler. Cas9-proteinet bruker denne informasjonen for å identifisere fremmed DNA på riktig måte og gjøre det ufarlig ved å kutte på et bestemt sted.
Nøyaktigheten av CRISPR / Cas9 gjør at den kan brukes som et redigeringsverktøy som er mye mer effektivt enn tidligere eksisterende metoder. Forskerne setter inn en DNA-kassett som inneholder Cas9-proteingenet og en region som koder for et spesielt målrettet RNA-molekyl (sgRNA) i cellen, i hvis genomendringer skal gjøres. Sistnevnte kan knytte seg til et spesifikt sted i genomet, noe som indikerer til Cas9 hvor de skal kuttes. Du kan deretter sette inn ønsket gen eller gruppe av gener i gapet, lage en modifisert celle.
Fordelen med CRISPR / Cas9 er at den kan gjøre presise endringer, og redusere antall uønskede kutt (effekter utenfor målet) i andre deler av genomet. I tillegg sparer det tid og penger - i motsetning til andre mye brukte metoder som bruker nukleasenzymer. CRISPR-systemet er mer egnet for situasjoner der flere mangelfulle gener trenger å korrigeres samtidig, siden det bare krever syntese av det tilsvarende sgRNA. Når det gjelder nukleaser, er det nødvendig for hvert spesifikt DNA-sted å sette sammen sitt eget spesifikke enzym, som er lengre og dyrere.
CRISPR / Cas9 Artistic Image Credit: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT
Teknologien ble raskt populær, ikke bare blant forskere, men også innen populærkultur. For eksempel vises det i handlingen av noen episoder av den nye sesongen av The X-Files som et masseødeleggelsesvåpen. Direktøren for USAs nasjonale etterretningstjeneste, James Clapper, uttrykte også sin bekymring, som mener at genteknologi er en trussel. Imidlertid er all teknologi farlig hvis den brukes feil. For eksempel er den udugelige og hyppige bruken av antibiotika, som har reddet livene til hundretusener av mennesker, drivende fremveksten av antimikrobielle resistente superbugs.
Til tross for fiksjonen, kan ikke CRISPR / Cas9 i seg selv, som antibiotika, brukes som et ødeleggelsesvåpen for mennesker. Men du kan lage modifiserte organismer, for eksempel mygg, som vil spre det defekte genet i befolkningen, noe som kan føre til en sterk nedgang i antall blodsugende insekter. Biologer oppfordrer til å være ekstremt forsiktige med slike applikasjoner.
Immunceller angriper kreftvekst Foto: Steve Gschmeissner / Science Photo Library
Salgsfremmende video:
Samtidig tror mange bioteknologier at teknologien vil gjøre det mulig å behandle farlige sykdommer, inkludert de som er forårsaket av genetiske årsaker. På slutten av 2016 hadde for eksempel Kina allerede eksperimentert med behandling av aggressiv lungekreft. Pasientens immunceller ble fjernet og genet som undertrykker kampen mot ondartede svulster ble slått av. Genmodifiseringsprosedyren var vellykket, og cellene ble introdusert i pasientens kropp.
CRISPR / Cas9 har sine ulemper. Dermed mister DNA som er brutt av molekylære "saks" deler av sekvensen, som forhindrer "punkt" -redigering, det vil si erstatningen av ett enkelt nukleotid. Bioteknologer lager forbedrede versjoner av systemet ved å overvinne disse begrensningene. For eksempel har sørkoreanske forskere kombinert Cas9-enzymet med et annet protein, cytidindeaminase. Dette lærte CRISPR / Cas9 å lage substitusjoner med en enkelt nukleotid.
Imidlertid er det et annet problem. Fakta er at denne teknologien også kan introdusere uønskede mutasjoner, og forskere forstår ennå ikke helt hvordan dette kan elimineres. Når det gjelder behandling av mennesker, er risikoen fremdeles urimelig høy: sideendringer i genomet kan skade helsa.
Enkelte algoritmer kan forutsi hvor i genomet unødvendige erstatninger kan gjøres. De fungerer veldig bra når CRISPR modifiserer individuelle celler eller vev, men brukes ikke når det gjelder levende organismer.
CRISPR / Cas9-struktur Foto: Ian Slaymaker / Broad Institute
For eksempel har bioteknologer ved Columbia University brukt teknologi for å fjerne mutasjoner som utløser retinitis pigmentosa. For dette ble hudceller hentet fra pasienten og omprogrammert til stamceller. Defekten ble deretter rettet ved bruk av en CRISPR-kassett. Slike modifiserte celler kan konverteres til netthinneceller og transplanteres til en pasient for å gjenopprette synet.
I tillegg skapte de samme forskerne genmodifiserte mus, som ble injisert med CRISPR på zygote-stadiet. Forskerne sekvenserte deretter (bestemte nukleotidsekvensen) hele genomet til musene. Selv om CRISPR vellykket korrigerte et gen der feilen forårsaket blindhet, introduserte den også over 1500 enkeltnukleotidmutasjoner og over 100 deletjoner (delesjoner av korte seksjoner) og innsettinger. Ingen av disse uønskede endringene ble spådd av datamaskinalgoritmer.
Genmodifisering er en god måte å behandle arvelige sykdommer som i dag er uhelbredelige. I følge Stephen Tsang mener han og hans medforfattere at det er viktig for genteknologer å være klar over de potensielle farene ved uønskede mutasjoner som oppstår når de redigerer DNA. Slike mutasjoner inkluderer både nukleotidsubstitusjoner i koderegionene i genomet, og i ikke-kodende regioner, der regulatoriske elementer er lokalisert (de kontrollerer aktiviteten til gener).
Til tross for mutasjonene, gjorde musene det bra. Bioteknologer er optimistiske med hensyn til genterapi siden medisinsk inngrep har bivirkninger. Du trenger bare å vite hva de er. I fremtiden vil dette forbedre teknologien for å minimere effekter utenfor målet.
Alexander Enikeev