Zanimljivo

Novo detaljni proteini "Anti-CRISPR" mogu sadržavati ključ sigurnog genetskog uređivanja

Novo detaljni proteini

Ako ste uopće obraćali pažnju na napredak u genetskoj medicini - pa čak i ako niste - vjerojatno u posljednje vrijeme čujete dosta o tehnologiji zvanoj CRISPR.

To je nova tehnika za uređivanje gena koja ima izrazite prednosti preciznosti, jeftinosti i izuzetno brzog djelovanja, a svijet bioloških istraživanja opsjeda zbog gotovo neograničene primjene za liječenje bolesti i invalidnosti.

POGLEDAJTE I:Kvantna biologija: sablasna, tajnovita i temeljna za sam život

No, bez obzira na sve uzbuđenje oko njega, CRISPR-u su preostale još neke značajne prepreke. S jedne strane, iako postupak nevjerovatno dobro djeluje u ćelijskim kulturama i jednostavnim životinjskim analogima, još uvijek nema puno dokaza da bi imao jednaku učinkovitost kod ljudi.

Štoviše, iako je genetsko ciljanje koje se koristi u CRISPR-u nevjerovatno precizno, osim ako je zapravo savršeno, to će i dalje biti nešto što bi moglo dovesti pacijenta do znatno povećanog rizika od raka.

To se događa jer je, bez načina da se CRISPR-u zaustavi, moguće da bi mogao nastaviti s umetanjem novog gena ili jednostavno presijecati DNK domaćina na mjestima koja su dovoljno slična cilju da se na neodređeno vrijeme zbuni. A ako se na jednom od tih mjesta slučajno promijeni, gen za supresiju tumora ... Pa, tako se događa rak.

Međutim, svaka nada u budućnost bez genetskih bolesti nije izgubljena jer su nova istraživanja objavljena u časopisu Cell Host & Microbe pronašla četiri nova anti-CRISPR proteini koji bi se potencijalno mogli koristiti za regulaciju sistema za uređivanje gena, njegovo isključivanje ili uključivanje po volji i znatno smanjenje dugoročnih rizika.

A budući da su ovi proteini otkriveni distribuirani u širokom spektru okruženja, to takođe sugerira da su ti proteini možda mnogo rasprostranjeniji u prirodi nego što smo mislili, što znači da će možda biti moguće još više usavršavanja kako se budu otkrivala nova otkrića.

Shvaćam da vam još moram puno reći o tome što su zapravo ovi anti-CRISPR proteini - popravimo to! Ali prije nego što dođemo do suštine kako te stvari funkcioniraju, moramo se vratiti i brzo podsjetiti na mehanizme i porijeklo samog CRISPR-a.

Porijeklo CRISPR-a kao oružja u genetskoj utrci naoružanja.

The originalna funkcija CRISPR sistema bio je kao bakterijski imuni sistem koji omogućava bakteriji da se ciljano bori protiv zaraženih virusa koji se zovu fagi (da, i bakterije mogu dobiti viruse, ludo !?).

Razvoj ovog visoko fluidnog sistema za ciljanje invazivne DNK je ono što im daje programibilnu prirodu i zato se CRISPR sistemi, a posebno Cas9, trenutno široko primjenjuju u industriji životnih znanosti s potencijalom da pruže prodorne genetske terapije, nove antibiotici i terapije malarije.

Zanimljivo je da su u ovom ratu zaraze i zaštite fagi razvili anti-CRISPR proteine ​​kako bi prevladali bakterijske CRISPR sisteme u svojevrsnoj evolucijskoj trci u naoružanju. Ovi proteini brzo inhibiraju odbrambeni sistem bakterije domaćina, ostavljajući bakteriju ranjivom na infekciju i na kraju uništavanje virusom koji napada.

Stoga bi se ovi visoko specifični proteini mogli koristiti za deaktiviranje CRISPR sistema kada se koristi terapeutski, omogućavajući istraživačima da zaustave genetsko miješanje nakon što se ubaci nova DNK, smanjujući dugoročni rizik od raka i drugih komplikacija.

Zašto samo saznajemo za ovo?

Uprkos njihovoj značajnoj biološkoj važnosti, samo nekoliko anti-CRISPR-aproteini su do sada otkriveni u određenoj podskupini bakterija. Trenutni proteini anti-CRISPR u prirodi nisu bogati i identificirani su samo proučavanjem DNK faga koji su mogli zaraziti bakterije u kojima se nalazi CRISPR-Cas9.

Koristeći se ovom metodom, oslanja se se na sposobnost uzgoja bakterija i na fage koji su u stanju da zaraze i izbjegnu nadzor nad endogenim CRISPR-sistemom Cas9 koji ih posebno pronalazi.

Novo istraživanje iz Danske pronašlo je način da malo olakša problem identifikacije ovih gena.

"Koristili smo drugačiji pristup koji se fokusirao na anti-CRISPR funkcionalnu aktivnost, a ne na sličnost DNK sekvenci. Ovaj pristup nam je omogućio da pronađemo anti-CRISPR u bakterijama koje ne mogu nužno biti uzgajane ili zaražene fagovima. A rezultati su zaista uzbudljivi, "kaže Ruben Vazquez Uribe, Postdoc u Centru za bioodrživost Novo Nordisk Foundation (DTU).

Kako su to učinili?

The istraživači identificirali su anti-CRISPR gene korištenjem ukupne DNK iz četiri uzorka ljudskog fekalija, dva uzorka tla, jednog uzorka fekalnih krava i jednog uzorka fekalnih svinja (nitko nije potpuno siguran zašto su toliko željeli raditi s kakicama, ali pokušajmo ne sudija).

DNK je usitnjena na manje komade i nasumično eksprimirana na plazmidu (malom prstenu DNK) unutar bakterijske ćelije. Ova ćelija sadržavala je genetski krug za odabir anti-CRISPR aktivnosti.

Ukratko, to je značilo da ćelije koje sadrže plazmid sa potencijalnim anti-CRISPR genom postanu rezistentne na određeni antibiotik. Suprotno tome, ćelije u kojima plazmid nije dodijelio anti-CRISPR-aktivnost umrle bi. Pomoću ovog sistema istraživači bi mogli lako otkriti i odabrati DNK sa anti-CRISPR aktivnošću i vratiti je do svog porijekla.

Koristeći ovaj pristup metagenomske biblioteke, naučnici su uspjeli identificirati jedanaest fragmenata DNK koji su zaobilazili aktivnost Cas9.

Daljnja karakterizacija tada bi mogla potvrditi aktivnost četiri nova anti-CRISPR-a. Daljnja analiza otkrila je da su geni identificirani u uzorcima fekalija zapravo prisutni u bakterijama koje se nalaze u više okruženja, na primjer u bakterijama koje žive u crijevima insekata, morskoj vodi i hrani.

To pokazuje da su novootkriveni geni rašireni u mnogim bakterijskim granama na drvetu života, au nekim slučajevima i s dokazima da su neki od tih gena horizontalno prebačeni više puta tokom evolucije.

"Činjenica da su anti-CRISPR-ovi koje smo otkrili toliko obilne prirode sugerira da su vrlo korisni i imaju veliko značenje iz biološke perspektive", kaže Morten Sommer, naučni direktor Centra za bioodrživost Fondacije Novo Nordisk (DTU).

Ova otkrića sugeriraju da bi anti-CRISPR mogli vjerovatno igrati mnogo značajniju ulogu u međusobnom djelovanju faga i domaćina nego što je prethodno sugerirano.

Čekaj, zašto je sve ovo opet važno?

Trenutno se primjena anti-CRISPR gena odnosi na poboljšanje uređivanje gena sistem. Ranije studije u ovom polju pokazale su da se proteini anti-CRISPR mogu koristiti za smanjenje grešaka, poput rezanja DNK na neciljanim mjestima, kada se uređuje genom u laboratoriji.

"Danas većina istraživača koji koriste CRISPR-Cas9 ima poteškoća s upravljanjem sistemom i neciljanom aktivnošću. Stoga su anti-CRISPR sistemi vrlo važni, jer želite biti u mogućnosti uključiti i isključiti svoj sistem da biste testirali aktivnost. Stoga, ovi novi proteini mogli bi postati vrlo korisni ", kaže Morten Sommer.

Štoviše, istraživači su zapravo otkrili da se čini da četiri nova anti-CRISPR proteina imaju različite osobine i svojstva. Ubuduće će ovo biti vrlo uzbudljivo istraživati ​​dalje. To bi moglo značiti da postoje proteini koji se mogu prilagoditi određenim nivoima ekspresije ili sigurnosnim problemima. Ili čak razvoj proteina sposobnih za uključivanje i isključivanje CRISPR-a prema vanjskim podražajima, nešto što bi bilo izuzetno korisno.

Na kraju, bez obzira na to kako ide istraživanje, malo je sumnje da će anti-CRISPR proteini igrati veliku ulogu u sljedećem skoku naprijed u genetskoj medicini.


Pogledajte video: Protein Structural Organization (Oktobar 2021).