CRISPR: Et nyt værktøj til genmanipulation

For nylig har forskere fundet et spændende nyt redskab til at konstruere DNA. Systemet CRISPR har intet at gøre med at holde dine grøntsager friske i køleskabet. Det er akronym for det nyeste system til at manipulere genomisk DNA i næsten ethvert dyr. Forskere har været i stand til at knockout eller eliminere gener, undertrykke genekspression og opregulere gener for at øge udtrykket med CRISPR teknologien.

Det er en meget fleksibel teknik, som forskere kan bruge til nemt at ændre generationen af ​​udtryk for bedre at forstå deres funktion.

Hvad er præcis CRISPR?

CRISPR står for Klynget regelmæssigt-interspaced kort palindromisk gentagelser - et utroligt kedeligt navn for en spændende teknologi. Hvorfor det kedelige navn? Det er fordi, da de først blev opdaget i slutningen af ​​1980'erne i bakterier, vidste ingen, hvad de korte strækninger af gentaget DNA, der var adskilt af tilfældige DNA-sekvenser, var til. De var bare nogle mærkelige træk i det genomiske DNA af nogle bakterier.

Det tog næsten 20 år, indtil Jennifer Doudna ved University of California fandt ud af at disse sekvenser matchede dele af visse virale DNA'er, der inficerede bakterierne. Som det viste sig var CRISPR-sekvenserne en slags immunsystem for bakterierne.

Hvordan virker CRISPR?

Doudna og hendes samarbejdspartner, Emmanuelle Chapentier, arbejdede i sidste ende ud, at bakterier, der havde disse korte gentagende DNA-stykker, der matchede det virale DNA, da de blev smittet af et virus, ville bruge dem til at gøre RNA, der bundet til DNA fra det invaderende virus .

Derefter blev et andet stykke RNA fremstillet af det tilfældige DNA, der adskilt CRISPR-gentagelserne, interageret med et protein kaldet Cas9. Dette protein ville spalte virus-DNA'et og inaktivere virussen.

Forskere opdagede hurtigt, at de kunne udnytte denne evne til CRISPR til at skære fra hinanden specifikke DNA-sekvenser for at slå ud gener.

Mens der er andre teknikker, såsom zinkfingerukleaser og TALENS, der kan bruges til at målrette og klippe specifikke steder i genomisk DNA, er disse fremgangsmåder afhængige af omfangsrige proteiner for at målrette vekslerne til specifikke regioner i DNA'et. Det er svært at designe og udføre modifikation i stor skala med masser af gener ved hjælp af disse tidligere tilgange.

Hvad gør CRISPR så nyttigt?

CRISPR-systemet afhænger kun af to korte stykker RNA: et, der matcher det målrettede DNA-område og et sekund, der binder til et protein, der hedder Cas9. Faktisk viser det sig imidlertid, at begge disse korte RNA-stykker kan kombineres til et dual-function single-guide RNA-molekyle, der begge målretter en specifik DNA-sekvens og rekrutterer Cas9-kløvproteinet.Dette betyder, at Cas9 proteinet og et kort stykke RNA, der er 85 baser lange, er alt, hvad der er nødvendigt for at skære et DNA næsten overalt i genomet. Det er relativt enkelt at introducere DNA til fremstilling af en enkelt-guide RNA og Cas9-proteinet næsten alle celler, der gør CRISPR almindeligt anvendeligt.

Imidlertid er praktisk målretning ikke den eneste fordel ved CRISPR-teknologien over andre TALENS- og zinkfingre. CRISPR-systemet er også meget mere effektivt end disse alternative tilgange.

For eksempel har en gruppe hos Harvard fundet, at CRISPR slette et målrettet gen i 51% -79% af tilfældene, hvorimod TALENS-effektiviteten var mindre end 34%. På grund af denne høje effektivitet var en anden gruppe i stand til at anvende CRISPR teknologi til direkte at slå ud gener i embryonale mus for at producere transgene mus i en enkelt generation. Standardmetoden kræver et par generationer af avl for at få mutationen i begge kopier af et målrettet gen.

Hvad kan andre CRISPR gøre?

Ud over at slette et gen har nogle grupper også indset, at systemet med nogle få alternativer kan bruges til andre former for genetisk manipulation. I begyndelsen af ​​2013 viste en gruppe fra MIT, at CRISPR kan bruges til at indsætte nye gener i genomisk DNA. Kort efter anvendte en gruppe ved UCSF en modificeret version af systemet kaldet CRISPRi for at undertrykke ekspression af målgener i bakterier.

For nylig oprettede en gruppe ved Duke University også en variant af systemet for at aktivere gener. Flere grupper arbejder nu også med variationer af disse tilgange til at screene et stort antal gener på én gang for at finde ud af, hvilken er involveret i forskellige biologiske reaktioner.

Den skinnende nye legetøj af genteknologi

Der er helt sikkert stor spænding om dette nye værktøj til genteknologi og rush at anvende den til en række forskellige anvendelser. Der er dog stadig nogle udfordringer, der skal overvindes, og som det ofte er tilfældet med ny teknologi, tager det lidt tid at finde ud af, hvor begrænsningerne er. Forskere ved Harvard har for eksempel fundet ud af, at CRISPR-målretning måske ikke er så præcis som oprindeligt tænkt. Off-target effekter af CRISPR-komplekset kan føre til utilsigtede ændringer ved ændring af DNA.

På trods af udfordringerne har CRISPR imidlertid tydeligt vist enormt potentiale til at lette ændring af genomisk DNA, som vil hjælpe forskere hurtigere at forstå, hvordan titusindvis af gener i det menneskelige genom fungerer. Dette alene har vigtige konsekvenser for forbedringer sygdomsbehandling og diagnose. Yderligere med yderligere udvikling kan teknologien i sig selv være nyttig til en ny type terapeutiske midler. Det kan give en ny tilgang til genterapi. Imidlertid er disse fremskridt en vej ud. For nu er det bare spændende at se den hurtige udvikling af dette nye forskningsværktøj og tænke på de typer eksperimenter, det kan tillade.

(Sendt: 30. september 2013)