Làm thế nào để làm cho công cụ chỉnh sửa gen CRISPR làm việc tốt hơn nữa

Chỉnh sửa gen để điều trị các căn bệnh nan y (VOA) (Tháng BảY 2019).

Anonim

Trong số những tiến bộ khoa học quan trọng nhất trong những năm gần đây là phát hiện và phát triển những cách mới để biến đổi di truyền các sinh vật sống bằng cách sử dụng công nghệ nhanh và giá cả phải chăng gọi là CRISPR. Hiện nay, các nhà khoa học tại Đại học Texas ở Austin cho biết họ đã xác định được một bản nâng cấp dễ dàng cho công nghệ có thể dẫn đến việc chỉnh sửa gen chính xác hơn với sự an toàn gia tăng có thể mở cửa cho việc chỉnh sửa gen đủ an toàn để sử dụng ở người.

Nhóm nghiên cứu các nhà sinh học phân tử đã tìm thấy bằng chứng thuyết phục rằng Cas9, loại enzyme phổ biến nhất hiện đang được sử dụng trong chỉnh sửa gen CRISPR và được phát hiện đầu tiên, ít hiệu quả và chính xác hơn so với một trong những protein CRISPR ít được sử dụng hơn, gọi là Cas12a.

Bởi vì Cas9 có khả năng chỉnh sửa phần sai của bộ gen của động vật hoặc thực vật, phá vỡ các chức năng lành mạnh, các nhà khoa học đưa ra trường hợp chuyển sang Cas12a sẽ dẫn đến việc chỉnh sửa gen an toàn hơn và hiệu quả hơn trong nghiên cứu của họ. Ô.

Ilya Finkelstein, một trợ lý giáo sư về sinh học phân tử và là đồng tác giả cho biết: "Mục tiêu tổng thể là tìm ra loại enzyme tốt nhất mà thiên nhiên cho chúng ta và sau đó làm cho nó tốt hơn, chứ không phải là loại đầu tiên được phát hiện qua tai nạn lịch sử". của nghiên cứu.

Các nhà khoa học đã sử dụng CRISPR, một cơ chế tự nhiên được vi khuẩn sử dụng để bảo vệ chống lại virus, tìm hiểu thêm về gen của con người, biến đổi gen thực vật và động vật và phát triển những tiến bộ khoa học viễn tưởng như lợn chứa gen chuột chống béo để thịt xông khói nạc. Nhiều người cho rằng CRISPR sẽ dẫn đến những phương pháp điều trị mới cho bệnh và cây trồng của con người có năng suất cao hơn hoặc chống hạn hán và sâu bệnh.

Nhưng các hệ thống CRISPR tìm thấy trong tự nhiên đôi khi nhắm vào vị trí sai trong hệ gen, có thể gây hại cho con người, ví dụ, không sửa chữa một bệnh di truyền và thay vào đó biến các tế bào khỏe mạnh thành tế bào ung thư.

Một số nghiên cứu trước đây đã gợi ý rằng Cas12a là chọn lựa hơn Cas9, nhưng nghiên cứu trước đây đã không thuyết phục. Nghiên cứu mới nhất này, các nhà nghiên cứu cho biết, đóng trường hợp bằng cách cho thấy Cas12a là một con dao chỉnh sửa gen chính xác hơn Cas9 và giải thích lý do tại sao.

Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi sinh viên tốt nghiệp Isabel Strohkendl và giáo sư Rick Russell, phát hiện ra rằng Cas12a là chọn lựa bởi vì nó liên kết như Velcro với một mục tiêu di truyền, trong khi Cas9 liên kết với mục tiêu của nó giống như siêu keo. Mỗi enzim mang một chuỗi mã di truyền ngắn được viết bằng RNA phù hợp với một chuỗi mã di truyền đích được viết trong DNA của virus. Khi nó va vào một số DNA, enzyme bắt đầu cố gắng liên kết với nó bằng cách tạo thành các cặp base - bắt đầu từ một đầu và làm việc theo cách của nó, kiểm tra xem mỗi chữ cái trên một mặt (DNA) khớp với chữ liền kề trên phía bên kia (RNA).

Đối với Cas9, mỗi cặp đế dính chặt với nhau, giống như một miếng keo siêu dính. Nếu một vài chữ cái đầu tiên ở mỗi bên khớp nhau thì Cas9 đã bị ràng buộc mạnh mẽ với DNA. Nói cách khác, Cas9 chú ý đến bảy hoặc tám chữ cái đầu tiên trong mục tiêu di truyền, nhưng chú ý ít hơn khi quá trình diễn ra, có nghĩa là nó có thể dễ dàng bỏ qua một sự không phù hợp sau đó. bộ gen.

Đối với Cas12a, nó giống như một dây đeo Velcro. Tại mỗi điểm trên đường đi, các liên kết tương đối yếu. Phải mất một trận đấu tốt dọc theo dải cho hai bên để giữ với nhau đủ lâu để thực hiện một chỉnh sửa. Điều đó làm cho nó nhiều khả năng là nó sẽ chỉ chỉnh sửa phần dự định của bộ gen.

"Nó làm cho quá trình hình thành cặp base có thể đảo ngược hơn", Russell nói. "Nói cách khác, Cas12a làm tốt hơn việc kiểm tra từng cặp cơ sở trước khi chuyển sang cặp tiếp theo. Sau bảy hoặc tám chữ cái, Cas9 dừng kiểm tra, trong khi Cas12a tiếp tục kiểm tra khoảng 18 chữ cái."

Các nhà nghiên cứu cho rằng Cas12a vẫn chưa hoàn hảo, nhưng nghiên cứu cũng cho thấy những cách mà Cas12a có thể được cải tiến hơn nữa, có lẽ một ngày thực hiện ước mơ tạo ra một "dao mổ chính xác".

"Về tổng thể, Cas12a là tốt hơn, nhưng có một số khu vực mà Cas12a vẫn mù lòa đáng ngạc nhiên đối với một số khó khăn giữa RNA của nó và mục tiêu di truyền, " Finkelstein nói. "Vì vậy, những gì công việc của chúng tôi làm là cho thấy một con đường rõ ràng về phía trước để cải thiện Cas12a hơn nữa."

Các nhà nghiên cứu hiện đang sử dụng những hiểu biết này trong một dự án tiếp theo được thiết kế để thiết kế một chiếc Cas12a cải tiến.

menu
menu