Nýtt verkfæri fyrir erfðafræði
Það er mjög sveigjanlegur tækni sem vísindamenn geta notað til að auðveldlega breyta tjáningu gena til að skilja betur hlutverk þeirra.
Hvað er nákvæmlega CRISPR?
CRISPR stendur fyrir Clustered reglulega-Interspaced Short Palindromic Repeats- ótrúlega leiðinlegt nafn fyrir spennandi tækni. Hvers vegna leiðinlegt nafn? Það er vegna þess að þegar þeir voru fyrst uppgötvaðir seint á tíunda áratugnum í bakteríum, vissi enginn hvað skammtinn af endurteknum DNA sem var aðgreindur með handahófi DNA röð voru fyrir. Þeir voru bara nokkrar undarlega eiginleikar í erfðafræðilegu DNA sumra baktería.
Það tók næstum 20 ár þar til Jennifer Doudna við háskólann í Kaliforníu komst að því að þessi röð samsvaruðu hlutum tiltekinna veiru DNA sem sýktu bakteríurnar. Eins og það kom í ljós, voru CRISPR röðin eins konar ónæmiskerfi fyrir bakteríurnar.
Hvernig virkar það?
Doudna og samstarfsaðili hennar, Emmanuelle Charpentier, tókst að lokum að þegar sýktir af vírusum voru bakteríur sem höfðu þessar stuttu endurteknar DNA stykki sem passaði við veiru DNA, að nota þau til að gera RNA sem var bundið við DNA innrásarveirunnar.
Þá var annað stykki af RNA úr handahófi DNA sem skilaði CRISPR endurteknum samskiptum við prótein sem heitir Cas9. Þetta prótein myndi kljúfa veiru DNA og slökkva á veirunni.
Vísindamenn komu fljótt að því að þeir gætu nýtt sér þessa getu CRISPR til að skera í sundur sérstakar DNA raðir til að knýja út gena.
Þó að það séu aðrar aðferðir, eins og sinkfingurkjarna og TALENS sem hægt er að nota til að miða og skera ákveðnar stöður í erfðafræðilegu DNA, byggjast þessar aðferðir á fyrirferðarmiklum próteinum til að miða á víxlana á tiltekna svæði í DNA. Það er erfitt að hanna og framkvæma breytingar í stórum stíl með fullt af genum með þessum fyrri aðferðum.
Hvað gerir það svo gagnlegt?
CRISPR kerfið byggist eingöngu á tveimur stutta stykki af RNA: ein sem passar við markhóp DNA svæðisins og annað sem binst próteinum sem kallast Cas9. Í raun reynist það þó að bæði þessar stuttu RNA stykki geti verið sameinuð í tvíþættri einföldu RNA sameind sem bæði miðar á ákveðna DNA röð og nýtir Cas9 klofandi próteinið. Þetta þýðir að Cas9 próteinið og eitt stutt stykki af RNA sem er 85 basar langur er allt sem þarf til að skera DNA á næstum hvar sem er í erfðamengi. Það er tiltölulega einfalt að kynna DNA til að framleiða einnar leiðbeiningar RNA og Cas9 próteinið næstum öllum frumum sem gera CRISPR almennt við.
Hins vegar er þægileg miðun ekki eini kosturinn við CRISPR tæknina yfir öðrum talningum og sinkfingur. CRISPR kerfið er einnig mun skilvirkari en þessar aðrar aðferðir.
Til dæmis, hópur hjá Harvard komist að því að CRISPR eyddi miðuðu geni í 51% -79% tilfella en TALENS skilvirkni var minni en 34%. Vegna þessa mikla skilvirkni gat annar hópur notað CRISPR tækni til að beina beint genum í fósturvísa til að framleiða erfðabreyttar mýs í einni kynslóð. Staðlað nálgun krefst nokkurra kynslóða afeldis til að fá stökkbreytinguna í báðum eintökum af markvissri geni.
Hvað getur það gert?
Auk þess að eyða geni hafa sumir hópar einnig áttað sig á því að með nokkrum breytingum er hægt að nota kerfið fyrir aðrar tegundir erfðabreytinga. Til dæmis, í byrjun árs 2013, sýndi hópur frá MIT að CRISPR væri hægt að nota til að setja nýja gen inn í erfðafræðilega DNA. Skömmu síðar notaði hópur hjá UCSF breyttri útgáfu kerfisins sem nefnt var CRISPRi til að þola tjáningu gena í bakteríum.
Nýlega setti hópur við Duke University einnig upp á afbrigði af kerfinu til að virkja setur gena. Nokkrir hópar eru nú einnig að vinna með afbrigði af þessum aðferðum til að skanna fjölda gena í einu til að reikna út hverjir taka þátt í mismunandi líffræðilegum viðbrögðum.
Glansandi nýtt leikfang erfðafræðinnar
Vissulega er mikil eftirvænting um þetta nýja verkfæri fyrir erfðaverkfræði og hraðaksturinn til að sækja um fjölbreytt forrit. Hins vegar eru enn nokkrar áskoranir sem þarf að sigrast á og eins og oft er um að ræða ný tækni, tekur það nokkurn tíma að finna út hvar takmarkanirnar eru. Vísindamenn í Harvard hafa til dæmis fundið að CRISPR miðun gæti ekki verið eins nákvæm og upphaflega hugsun. Off-target áhrif CRISPR flókið geta leitt til óviljandi breytinga þegar DNA breytist.
Þrátt fyrir áskoranirnar hefur CRISPR greinilega sýnt gríðarlega möguleika til að auðvelda breytingu á erfðafræðilegu DNA sem mun hjálpa vísindamönnum að fljótt skilja hvernig tugir þúsunda gena í genamengi mannsins. Þetta eitt hefur mikilvæg áhrif á endurbætur sjúkdómsmeðferðar og greiningu. Ennfremur, með frekari þróun, getur tæknin sjálft verið gagnleg fyrir nýjar tegundir lækninga. Það kann að veita nýjan nálgun fyrir genameðferð . Hins vegar eru þessar framfarir afar leiðir. Fyrir nú er það bara spennandi að horfa á hraðri þróun þessa nýju rannsóknar tól og hugsa um þær tegundir tilrauna sem það kann að leyfa.
(Sent: 30. september 2013)