Technologie edycji genomu pozwalają naukowcom modyfikować DNA organizmu poprzez dodawanie, usuwanie lub przegrupowywanie materiału genetycznego w określonych lokalizacjach genomu. Tego typu techniki mogą być potencjalnie stosowane do leczenia zaburzeń genetycznych, takich jak hemofilia i anemia sierpowatokrwinkowa. Jednym z popularnych i szeroko stosowanych narzędzi badawczych do edycji DNA, które może prowadzić do bezpiecznych i skutecznych leków na zaburzenia genetyczne, jest system CRISPR-Cas9. CRISPR-Cas9 to skrót od angielskich słów Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) i białka związanego z CRISPR 9. Podstawowy system CRISPR-Cas9 składa się z endonukleazy Cas9 i małego RNA, który prowadzi Cas9 do docelowego DNA.

Pochodzenie

Sekwencje CRISPR po raz pierwszy zaobserwowano u bakterii, a później zidentyfikowano u archeonów. Naukowcy odkryli, że system CRISPR-Cas9 służy do adaptacyjnej obrony immunologicznej przed atakującymi wirusami. Wiele bakterii i większość archeonów wychwytuje krótkie sekwencje DNA wirusa, aby stworzyć bibliotekę segmentów DNA wirusa lub tablice CRISPR. Kiedy prokariota są ponownie wystawione na działanie tego samego wirusa lub klasy wirusów, macierze CRISPR są używane do transkrypcji małych segmentów RNA, które pomagają rozpoznać wirusowych najeźdźców, a następnie niszczyć wirusowe DNA za pomocą Cas9 lub podobnej endonukleazy.

Korzystanie z technologii CRISPR-Cas9

CRISPR-Cas9 jest powszechnie stosowany w laboratorium do usuwania DNA i wstawiania w jego miejsce nowej sekwencji DNA. Aby to osiągnąć, naukowcy muszą najpierw stworzyć mały fragment RNA zwany przewodnikiem RNA, z krótką sekwencją zwaną sekwencją prowadzącą, która wiąże się z określoną sekwencją docelową na genomowym DNA. Przewodnik RNA może również wiązać się z Cas9 (lub innymi endonukleazami, takimi jak Cpf1). Przewodnik RNA i białko Cas9 są podawane do komórki będącej przedmiotem zainteresowania, gdzie przewodnik RNA identyfikuje docelową sekwencję DNA, a Cas9 ją rozszczepia.

Maszyneria komórki następnie naprawia uszkodzone nici, wstawiając lub usuwając losowe nukleotydy, co sprawia, że gen docelowy staje się nieaktywny. Alternatywnie, niestandardowa sekwencja DNA może zostać wprowadzona do komórki wraz z przewodnikiem RNA i Cas9, który służy jako matryca dla maszyny naprawczej i zastępuje wyciętą sekwencję. Jest to bardzo skuteczny sposób dla naukowców na "wyeliminowanie" genu w celu zbadania jego skutków lub zastąpienia zmutowanego genu normalną kopią w nadziei na wyleczenie choroby.

Względy etyczne i wykonalność u ludzi

Ze względu na znaczące możliwości systemu CRISPR-Cas9 w zakresie modyfikacji genów, toczy się wielka debata na temat jego zastosowania, zwłaszcza w odniesieniu do edycji zarodków. Chiński naukowiec stwierdził niedawno, że stworzył dzieci z edytowanym genomem przy użyciu technologii CRISPR, aby wyłączyć gen zaangażowany w zakażenie wirusem HIV. Doprowadziło to do globalnego oburzenia ze strony naukowców zaniepokojonych względami etycznymi i bezpieczeństwa tej procedury. Wielu uznało to posunięcie za przedwczesne, a inni wyrazili obawy dotyczące niedocelowych skutków genomowych. Chociaż liczba możliwych zastosowań biotechnologicznych systemu CRISPR-Cas9 jest liczna, ważne jest, aby wziąć pod uwagę przyszłe wyzwania, które mogą pojawić się w wyniku jego zastosowania.