Novo sredstvo za manipulaciju genima
To je veoma fleksibilna tehnika koju istraživači mogu koristiti kako bi lako promenili izraz gena kako bi bolje razumeli njihovu funkciju.
Šta je tačno CRISPR?
CRISPR se zalaže za grupisane regularno-interspaced kratke palindromske repetacije - neverovatno dosadan naziv za uzbudljivu tehnologiju. Zašto mučeno ime? To je zato što, kada su prvi put otkriveni krajem osamdesetih godina prošlog vijeka u bakterijama, niko nije znao za koje su kratke dijelove ponovljene DNK razdvojene slučajnim DNK sekvencama. Bili su samo neka čudna osobina u genomskoj DNK nekih bakterija.
Bilo je potrebno skoro 20 godina dok Jennifer Doudna na Kalifornijskom univerzitetu nije shvatila da su ovi sekvenci odgovarali dijelovima određene virusne DNK koja je zarazila bakteriju. Kao što se ispostavilo, CRISPR sekvence su bili neka vrsta imunog sistema za bakterije.
Kako to radi?
Doudna i njen saradnik Emmanuelle Charpentier su na kraju sagledali da su bakterije koje su imale kratkotrajne DNK komade koje su odgovarale virusnoj DNK, kada su zaražene virusom, koristile kako bi napravile RNK koja se vezala za DNK invazivnog virusa.
Zatim, drugi komad RNK napravljen od slučajne DNK koji je razdvojio CRISPR ponovite interakcije sa proteinom nazvanim Cas9. Ovaj protein bi rastvorio virusnu DNK i inaktivirao virus.
Istraživači su brzo shvatili da mogu iskoristiti ovu sposobnost CRISPR-a da prekase određene DNK sekvence kako bi izbacili gene.
Iako postoje druge tehnike, kao što su nukleaze prstena cinka i TALENS koje se mogu koristiti za ciljanje i smanjivanje specifičnih lokacija u genomskoj DNK, ovi pristupi se oslanjaju na gomilane proteine kako bi ciljali na alternativu specifičnim regionima u DNK. Teško je dizajnirati i izvršiti modifikacije u velikoj mjeri s puno gena koji koriste ove ranije pristupe.
Šta to čini tako korisnim?
Sistem CRISPR se oslanja samo na dva kratka dela RNK: ona koja odgovara ciljani DNK regionu, a druga koja se vezuje za protein nazvan Cas9. Ustvari, ispostavlja se da se oba ova kratka dela RNK mogu kombinovati u dual-funkcionalni jednosmerni RNK molekul koji oba cilja na specifičnu DNK sekvencu i regrutira Cas9 rasterećujući protein. To znači da je Cas9 protein i jedan kratak komad RNK koji je 85 baznih dužina sve što je potrebno za smanjivanje DNK na skoro svugde u genomu. Relativno je jednostavno uvesti DNK za proizvodnju jedne vodiče RNK i Cas9 proteina skoro bilo koje ćelije čineći CRISPR općenito primjenljivim.
Međutim, pogodno ciljanje nije jedina prednost CRISPR tehnologije u odnosu na druge TALENS i cinkove prste. CRISPR sistem je mnogo efikasniji od ovih alternativnih pristupa.
Na primjer, grupa na Harvardu je otkrila da je CRISPR izbrisao ciljani gen u 51% -79% slučajeva, dok je TALENS efikasnost bila manja od 34%. Zbog ove visoke efikasnosti, druga grupa je mogla da koristi CRISPR tehnologiju kako bi direktno izbacila gene u embrionske miševe kako bi proizvela transgenske miševe u jednoj generaciji. Standardni pristup zahteva nekoliko generacija uzgoja da bi dobili mutaciju u obe kopije ciljanog gena.
Šta drugo može učiniti?
Pored brisanja gena, neke grupe su takođe shvatile da se, uz nekoliko izmjena, sistem može koristiti za druge vrste genetske manipulacije. Na primjer, početkom 2013. godine, grupa iz MIT-a je pokazala da se CRISPR može koristiti za ubacivanje novih gena u genomsku DNK. Ubrzo nakon toga grupa u UCSF-u je koristila modifikovanu verziju sistema pod nazivom CRISPRi da bi potisnula ekspresiju ciljnih gena u bakterijama.
U skorije vreme, grupa na Univerzitetu Duke postavila je i varijaciju sistema za aktiviranje skupova gena. Nekoliko grupa takođe radi sa varijacijama ovih pristupa da prikaže veliki broj gena odjednom kako bi saznali koja je uključena u različite biološke odgovore.
Sjajna nova igračka genetičkog inženjerstva
Svakako, postoji ogromno uzbuđenje u vezi sa ovim novim alatom za genetski inženjering i žurbom da se primeni za različite primene. Međutim, i dalje postoje neki izazovi koje treba prevazići i, kako je često slučaj sa novom tehnologijom, potrebno je neko vrijeme da se postave gdje su ograničenja. Istraživači na Harvardu, na primjer, utvrdili su da ciljanje CRISPR-a možda nije toliko precizno koliko je u početku mislilo. Spoljni efekti kompleksa CRISPR mogu dovesti do neželjenih promena prilikom izmene DNK.
Uprkos izazovima, ipak, CRISPR jasno pokazuje ogroman potencijal da olakša izmenu genomske DNK koja će pomoći istraživačima da brzo shvate kako desetine hiljada gena u ljudskom genomu funkcionišu. Ovo samo ima važne implikacije za poboljšanje tretmana bolesti i dijagnoze. Nadalje, uz dodatni razvoj, sama tehnologija može biti korisna za novu vrstu terapije. Može da obezbedi novi pristup za genetsku terapiju . Međutim, ovi napredovi su način na koji su isključeni. Za sada je uzbudljivo posmatrati brz razvoj ovog novog istraživačkog alata i razmišljati o vrstama eksperimenata koje to može dopustiti.
(Objavljeno: 30. septembar 2013.)