Биология

Что такое технология редактирования генома CRISPR-CaS9 и почему она стала такой спорной?

Технология редактирования генов, возможно, является самой быстроразвивающейся отраслью науки в 21 веке. Изобретение метода CRISPR-Cas9 положило начало революции в области изменения генов, поскольку он дешевле и эффективнее предыдущих методов. Основатели получили Нобелевскую премию по химии 2020 года, тем не менее, существует много споров по поводу этических проблем генетических манипуляций.

CRISPR-Cas в природе

Защита ДНК у прокариот

CRISPR (короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами) - это семейство систем ДНК бактерий и архей в естественном мире. Он играет важную роль в иммунной системе организмов. Механизм довольно простой. Фрагменты ДНК CRISPR берутся из генома (полный набор генетических инструкций организма. Каждый геном содержит всю информацию, необходимую для построения этого организма и обеспечения его роста и развития) вируса, инфицировавшего бактерии-бактериофаг. Клетка использует их для идентификации и уничтожения бактериофага, если он снова попытается заразить организм. Более того, бактерии могут передавать гены друг другу, так что клетки могут передавать информацию о вирусе от одного к другому.

Фермент Cas9

Cas9 - это фермент, который использует информацию CRISPR в качестве уведомления. Он использует данные последовательностей для поиска фрагментов ДНК, которые «подходят» к последовательности CRISPR. Это означает, что CRISPR имеет последовательность, которая образует пары с ДНК вируса. Когда две последовательности "совпадают", мы называем их взаимодополняющими.

Визуализация системы CRISPR-Cas

Система CRISPR-Cas9

Наконец, CRISPR и фермент Cas9 создают мощный инструмент иммунной системы, известный как CRISPR-Cas9. Он широко распространен среди бактерий - мы можем найти его более чем в половине всех геномов и 90% геномов архей. Это основная система защиты клетки от бактериофагов, что делает ее необходимой для жизни и эволюции бактерий. Как тогда этот механизм используется при редактировании генов?

Механизм редактирования генома с помощью CRISPR

Молекулярные ножницы

Технология CRISPR-Cas9 позволяет ученым удалять, изменять или добавлять участки ДНК. Белок Cas9 действует как молекулярные ножницы. Он разрезает нити ДНК в определенном месте, позволяя внести изменения. Затем направляющая РНК (гРНК), состоящая из небольшого кусочка специально разработанного фрагмента РНК CRISPR в более расширенной последовательности. Более длинная часть связывается с матричной ДНК, тогда как CRISPR направляет Cas9 в нужное место в геноме, точно так же, как это происходит у бактерий и архей.

Часть CRISPR является комплементарной только для одной области генома, поэтому она не будет связываться где-либо еще, что делает технологию точной. Когда Cas9 находит комплементарный фрагмент, он разрезает ДНК. Клетка распознает разрез как повреждение и восстанавливает его, комбинируя мутацию (более крупный кусок) со своей ДНК. В результате получается функционирующий геном с определенной мутацией.

Механизм CRISPR-Cas9.

Применение технологии CRISPR-Cas9

ДНК содержит гены - подробную информацию о белках и их создании. Генетическая экспрессия - это когда определенные структуры транслируют информацию, позволяя создавать различные молекулы. В совокупности информация в ДНК и факторы, влияющие на экспрессию, создают нас. ДНК состоит из информации о каждом отдельном белке, из которого мы построены - его структуре, местонахождении, способах экспрессии, функциях и многом другом. Следовательно, изменение ДНК изменяет организм на молекулярном уровне. Это делает CRISPR-Cas9 таким мощным инструментом. Используя правильные последовательности, мы можем изменить образ жизни организмов и настроить их в соответствии с нашими потребностями. Конечно, существуют проблемы, связанные с тем, какие гены использовать, куда их вставить и как они повлияют на организмы.

Нобелевская премия 2020 и споры

Нобелевская премия 2020

Нобелевская премия по химии 2020 года была присуждена Эммануэль Мари Шарпантье и Дженнифер Даудна - пионерам метода CRISPR-Cas9. Шарпантье - французский профессор, микробиологический исследователь и основатель независимого исследовательского института имени Макса Планка по науке о патогенах. Дженнифер Даудна - профессор химии в Университете Беркли, Калифорния. Она также является исследователем в медицинском институте Говарда Хьюза. Их награда - первая научная Нобелевская премия, полученная двумя женщинами.

Основатели метода CRISPR-Cas9 были удостоены Нобелевской премии 2020 г.

Полемика

Эти две женщины не единственные, кто заявляет, что они изобрели этот метод. Команда из Массачусетского технологического института утверждает, что открыла его самостоятельно. Две команды теперь судятся друг с другом за права на патент. Все сводится к тому, кто первым изобрел метод CRISPR-Cas9.

Технология редактирования генов - одна из самых многообещающих и одна из самых противоречивых в современной науке. Люди боятся "играть в бога", манипулировать детскими геномами или создавать новые превосходные виды. Хотя это, безусловно, сопряжено с большой ответственностью и возможной угрозой, это также может значительно улучшить нашу жизнь и понимание мира. "Ничего в жизни не следует бояться; это нужно только понять", - сказала Мария Кюри. С этой мыслью мы должны использовать CRISPR-Cas9, чтобы сделать мир лучше, понимая риски и ответственность, связанные с властью.

Подписывайтесь на нас
Back to top button