Представьте себе возможность излечить любое генетическое заболевание, предотвратить бактерии из резистентные антибиотикиперешить комаров чтоб они не может передавать малярию, предотвратить рак или успешно пересадить органы животных людям без отторжения. Молекулярный механизм для достижения этих целей не является предметом фантастического романа, созданного в далеком будущем. Эти достижимые цели стали возможными благодаря Последовательности ДНК называется CRISPRs.
CRISPR (произносится «четче») является аббревиатурой от Clustered Regularly Interspaced Short Repeats, группы Последовательности ДНК, обнаруженные в бактериях, которые действуют как защитная система от вирусов, которые могут заразить бактерию. CRISPR - это генетический код, который разбивается «спейсерами» последовательностей вирусов, которые атаковали бактерии. Если бактерии снова сталкиваются с вирусом, CRISPR действует как своего рода банк памяти, облегчая защиту клетки.
Открытие кластерных повторов ДНК произошло независимо в 1980-х и 1990-х годах исследователями из Японии, Нидерландов и Испании. Сокращение CRISPR было предложено Франциско Мохикой и Руудом Янсеном в 2001 году, чтобы уменьшить путаницу, вызванную использованием различных сокращений различными исследовательскими группами в научной литературе. Мохика предположил, что CRISPRs были формой бактериального
приобретенный иммунитет. В 2007 году команда во главе с Филиппом Хорватом экспериментально подтвердила это. Вскоре ученые нашли способ манипулировать и использовать CRISPR в лаборатории. В 2013 году лаборатория Чжан стала первой, кто опубликовал метод конструирования CRISPR для использования при редактировании генома мыши и человека.По сути, встречающийся в природе CRISPR предоставляет возможность поиска и уничтожения сот. У бактерий CRISPR работает путем транскрибирования спейсерных последовательностей, которые идентифицируют целевую вирусную ДНК. Один из ферментов, продуцируемых клеткой (например, Cas9), затем связывается с ДНК-мишенью и разрезает ее, выключая ген-мишень и отключая вирус.
В лаборатории Cas9 или другой фермент режет ДНК, в то время как CRISPR сообщает ему, где можно обрезать. Вместо использования вирусных сигнатур исследователи настраивают спейсеры CRISPR для поиска генов, представляющих интерес. Ученые модифицировали Cas9 и другие белки, такие как Cpf1, чтобы они могли либо разрезать, либо активировать ген. Выключение и включение гена облегчает ученым изучение функции гена. Обрезка последовательности ДНК позволяет легко заменить ее другой последовательностью.
CRISPR не первый инструмент для редактирования генов в наборе инструментов молекулярного биолога. Другие методы редактирования генов включают нуклеазы цинковых пальцев (ZFN), эффекторные нуклеазы, подобные активатору транскрипции (TALEN), и сконструированные мегануклеазы из мобильных генетических элементов. CRISPR - это универсальная методика, потому что она экономически эффективна, позволяет выполнять огромный выбор целей и может ориентироваться на места, недоступные для некоторых других методов. Но главная причина, по которой это имеет большое значение, заключается в том, что он невероятно прост в разработке и использовании. Все, что нужно, это сайт-мишень из 20 нуклеотидов, который можно сделать путем создания руководства. Механизм и методы настолько просты для понимания и использования, что становятся стандартными в учебных программах по биологии для студентов.
Исследователи используют CRISPR для создания моделей клеток и животных, чтобы идентифицировать гены, вызывающие заболевание, разрабатывать генную терапию и придавать организмам желательные признаки.
Очевидно, что CRISPR и другие методы редактирования генома противоречивы. В январе 2017 года FDA США предложило руководящие принципы для использования этих технологий. Другие правительства также работают над правилами, чтобы сбалансировать выгоды и риски.