Технологии редактирования генома позволяют ученым изменять ДНК организма путем добавления, удаления или перестановки генетического материала в определенных участках генома. Эти типы методов потенциально могут быть использованы для лечения генетических расстройств, таких как гемофилия и серповидно-клеточная анемия. Одним из популярных и широко используемых инструментов исследования редактирования ДНК, который может привести к безопасным и эффективным лекарствам от генетических расстройств, является система CRISPR-Cas9. CRISPR-Cas9 означает кластерные регулярно межпространственные короткие палиндромные повторы и связанный с CRISPR белок 9. Базовая система CRISPR-Cas9 состоит из эндонуклеазы Cas9 и небольшой РНК, которая направляет Cas9 к ДНК цели.

Происхождения

CrispR последовательности были впервые замечены в бактериях, а затем определены в археях. Исследователи обнаружили, что система CRISPR-Cas9 служит адаптивной иммунной защитой от вторжения вирусов. Многие бактерии и большинство археев захвата короткие последовательности вирусной ДНК для создания библиотеки сегментов ДНК вируса, или CRISPR массивов. Когда прокариоты повторно подвергаются воздействию одного и того же вируса или класса вирусов, массивы CRISPR используются для транскрибирования небольших сегментов РНК, которые помогают распознавать вирусных захватчиков, а затем уничтожить вирусную ДНК с Cas9 или аналогичной эндонуклеазой.

Использование технологии CRISPR-Cas9

CRISPR-Cas9 обычно используется в лаборатории для удаления ДНК и вставки новой последовательности ДНК на ее месте. Для достижения этой цели исследователи должны сначала создать небольшой фрагмент РНК, называемый направляющей РНК, с короткой последовательностью, называемой последовательностью руководства, которая связывается с определенной целевой последовательностью геномной ДНК. Руководство РНК может также ассоциироваться с Cas9 (или других эндонуклейсов, как Cpf1). Руководство РНК и Cas9 белка вводятся в ячейку, представляющие интерес, где руководство РНК определяет целевую последовательность ДНК и Cas9 расщепляет его.

Затем механизм клетки восстанавливает сломанные цепочки, внося или удаляя случайные нуклеотиды, делая целевой ген неактивным. Кроме того, в ячейку может быть введена настраиваемая последовательность ДНК вместе с направляющий РНК и Cas9, который служит шаблоном для ремонтного оборудования и заменяет вырезанную последовательность. Это очень эффективный способ для исследователей, чтобы "выбить" ген для изучения его эффекта или заменить мутировавший ген нормальной копией в надежде вылечить болезнь.

Этические и технико-экономические соображения в людях

В результате значительных возможностей модификации генов системы CRISPR-Cas9, были большие дебаты по поводу ее использования, особенно в отношении редактирования эмбрионов. Китайский ученый недавно заявил, что создал геном-редактируемых младенцев с использованием технологии CRISPR, чтобы отключить ген, участвующий в ВИЧ-инфекции. Это вызвало глобальный протест со стороны ученых, обеспокоенных этическими соображениями и соображениями безопасности процедуры. Многие назвали этот шаг преждевременным, а другие выразили озабоченность по поводу внецелевременных геномных эффектов. Хотя количество возможных биотехнологических приложений для системы CRISPR-Cas9 многочисленны, важно учитывать будущие проблемы, которые могут возникнуть в результате ее использования.