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.
![](/wp-content/uploads/2021/01/56646-2.jpg)
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.
![](/wp-content/uploads/2021/01/56646-3.jpg)
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.
![](/wp-content/uploads/2021/01/56646-4.jpg)
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.