Содержание
Премия главным редакторам генома — Ведомости
Модель CRISPR/Cas-9 / Reuters
«Эта технология оказывает революционное влияние на науку о жизни, вносит вклад в новые методы лечения рака и может воплотить в жизнь мечту об излечении унаследованных болезней», – говорится в релизе Нобелевского комитета, вручившего премию ученым Дженнифер Дудне и Эмманюэль Шарпантье.
Награждение авторов метода редактирования генома было ожидаемым. Правда, опрошенные на прошлой неделе научным порталом NewsWise члены совета Американского физиологического общества предсказывали, что премия за CRISPR/Cas9 будет присуждена в области физиологии и медицины и что в число награжденных войдет японский ученый Есидзуми Исино, который в 1987 г. первым обнаружил CRISPR – участки ДНК у бактерий. Но вышло по-другому.
«Биология – это междисциплинарная наука, поэтому Нобелевские премии за такие достижения, как разработка CRISPR/Cas9, могут присуждаться в области как медицины, так и физики и химии, разве что не в экономике, – считает Константин Северинов, заведующий лабораторией в Институте молекулярной генетики РАН и профессор Ратгерского университета.
– Что касается Есидзуми Исино, то он открыл CRISPR, по сути, случайно, исследуя кишечную палочку Escherichia coli. К разработке метода CRISPR/Cas9 он отношения не имеет. Премию дали за результат практической работы, а не за открытие».
CRISPR/Cas9 – не единственный, но самый совершенный из существующих сегодня инструментов редактирования генома. Технология позволяет удалять ненужные гены из ДНК любых организмов и вставлять на их место другие. На сайте Нобелевского комитета метод CRISPR/Cas9 назван «биологическими ножницами». Что близко к правде во многих смыслах: помимо прочего, ножницы могут стать орудием преступления и технология CRISPR/Cas9 уже им стала.
В ноябре 2018 г. китайский биолог Хэ Цзянькуй объявил, что смог искусственно изменить ген, отвечающий за восприимчивость к ВИЧ, у эмбрионов детей, зачатых носителем этого вируса. Южный университет науки и технологий в Шэньчжэне открестился от этого опыта, Хэ сначала осудила вся научная общественность, а потом и власти Китая, дав ему 4 года тюрьмы.
О судьбе детей с отредактированной ДНК с тех пор ничего не слышно. Дудна и Шарпантье на волне того скандала призвали не проводить опытов над людьми до тех пор, пока для этого не будет выработан соответствующий регламент, гарантирующий безопасность. Но когда что-то соответствующее появится – никто не понимает.
«Сложно прогнозировать, когда именно станет возможным безопасное редактирование генома человека, – поделилась с «Ведомостями» Юлия Дьякова, заместитель директора НИЦ «Курчатовский институт» по научной работе. – Это очень серьезная технология, и последствия ее применения пока не изучены в достаточной степени. Сейчас для прогнозов о том, когда технология редактирования генома человека станет безопасной, нет достаточного объема данных. Даже широко применяемые лекарства имеют побочные эффекты. Так же и системы редактирования – они будут применяться, когда потенциальная польза от них будет превышать потенциальный вред». По мнению Дьяковой, до появления методик контроля за распространением и применением методик генного редактирования об их безопасном массовом применении говорить в любом случае не стоит.
«Одним из инструментов развития и методов контроля над такими технологиями в России станет национальная база генетической информации, разработка которой поручена Курчатовскому институту», – говорит она.
Впрочем, в этом мире, безусловно, есть еще над чем поработать, до того как приняться за совершенствование человека. За последние годы CRISPR/Cas9 применили, например, для модификации картофеля, коров, поросят, кальмаров и множества других созданий. Пугающих результатов в виде непредвиденных последствий пока нет. А значит, в обозримой перспективе встанет вопрос о применении генного редактирования в отношении человека. Сначала по медицинским показаниям, затем в рамках эксперимента для достижения нужных стране результатов.
Однако очевидно, что контроль за применением технологий редактирования генома – тот вопрос, вокруг которого ученые сломают еще множество копий. И китаец Хэ, вероятно, не последний, кто получил срок за несанкционированное применение разработки, отмеченной Нобелевской премией.
Потому что разговорами об этике и безопасности прогресс не затормозить. Посылать Юрия Гагарина в космос тоже было неэтично – ведь его жизнь подвергалась явной опасности. Еще большей опасности подвергнутся жизни участников марсианской экспедиции, которую готовит Илон Маск. Но это не отменило полет Гагарина, не остановит и полет на Марс. Так же и с генным редактированием – потенциальная опасность не остановит желающих повернуть ход эволюции, создав сверхчеловека. Скоро увидим.
Что такое технология редактирования генома CRISPR-CaS9 и почему она стала такой спорной?
Биология
20.01.2021
996 3 минут чтения
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.
Подпишитесь на нас:Дзен.Новости / Вконтакте / Telegram
Back to top button
Что такое редактирование генома и CRISPR-Cas9?: MedlinePlus Genetics
Редактирование генома (также называемое редактированием генов) — это группа технологий, которые дают ученым возможность изменять ДНК организма.
Эти технологии позволяют добавлять, удалять или изменять генетический материал в определенных местах генома. Было разработано несколько подходов к редактированию генома. Хорошо известный из них называется CRISPR-Cas9, что является сокращением от сгруппированных регулярно расположенных коротких палиндромных повторов и CRISPR-ассоциированного белка 9.. Система CRISPR-Cas9 вызвала большой интерес в научном сообществе, потому что она быстрее, дешевле, точнее и эффективнее других методов редактирования генома.
CRISPR-Cas9 был адаптирован из естественной системы редактирования генома, которую бактерии используют в качестве иммунной защиты. При заражении вирусами бактерии захватывают небольшие фрагменты ДНК вирусов и вставляют их в свою собственную ДНК по определенному образцу, чтобы создать сегменты, известные как массивы CRISPR. Массивы CRISPR позволяют бактериям «запоминать» вирусы (или близкородственные). Если вирусы атакуют снова, бактерии производят сегменты РНК из массивов CRISPR, которые распознают и прикрепляются к определенным областям ДНК вирусов.
Затем бактерии используют Cas9или аналогичный фермент, чтобы разрезать ДНК, что отключает вирус.
Исследователи адаптировали эту систему иммунной защиты для редактирования ДНК. Они создают небольшой фрагмент РНК с короткой «направляющей» последовательностью, которая прикрепляется (связывается) к определенной последовательности-мишени в клеточной ДНК, подобно сегментам РНК, которые бактерии производят из массива CRISPR. Эта направляющая РНК также присоединяется к ферменту Cas9. При введении в клетки направляющая РНК распознает предполагаемую последовательность ДНК, а фермент Cas9 разрезает ДНК в целевом месте, отражая процесс в бактериях. Хотя Cas9является наиболее часто используемым ферментом, также можно использовать другие ферменты (например, Cpf1). После разрезания ДНК исследователи используют собственный механизм репарации ДНК клетки, чтобы добавлять или удалять фрагменты генетического материала или вносить изменения в ДНК, заменяя существующий сегмент индивидуальной последовательностью ДНК.
Редактирование генома представляет большой интерес для профилактики и лечения заболеваний человека. В настоящее время редактирование генома используется в клетках и моделях животных в исследовательских лабораториях для понимания болезней. Ученые все еще работают над тем, чтобы определить, является ли этот подход безопасным и эффективным для использования на людях. Он изучается в исследованиях и клинических испытаниях для широкого спектра заболеваний, включая моногенные расстройства, такие как муковисцидоз, гемофилия и серповидно-клеточная анемия. Он также обещает лечение и профилактику более сложных заболеваний, таких как рак, болезни сердца, психические заболевания и инфекция, вызванная вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ).
Этические проблемы возникают, когда редактирование генома с использованием таких технологий, как CRISPR-Cas9, используется для изменения геномов человека. Большинство изменений, вносимых при редактировании генома, ограничиваются соматическими клетками, которые представляют собой клетки, отличные от яйцеклеток и сперматозоидов (клетки зародышевой линии).
Эти изменения изолированы только в определенных тканях и не передаются из поколения в поколение. Однако изменения, внесенные в гены яйцеклеток или сперматозоидов или в гены эмбриона, могут быть переданы будущим поколениям. Редактирование генома зародышевых клеток и эмбрионов поднимает ряд этических проблем, в том числе вопрос о том, допустимо ли использовать эту технологию для улучшения нормальных человеческих черт (таких как рост или интеллект). Из соображений этики и безопасности редактирование генома зародышевых клеток и эмбрионов в настоящее время является незаконным в США и многих других странах.
Ормонд К.Е.(1), Мортлок Д.П.(2), Скоулз Д.Т.(3), Бомбард И.(4), Броди Л.К.(5), Фосетт В.А.(6), Гарнизон Н.А.(7), Херчер Л.(8), Исаси Р. (9), Миддлтон А. (10), Мусунуру К. (11), Шрайнер Д. (12), Вирани А. (13), Янг К.Э. (3). Редактирование генома зародышевой линии человека. Am J Hum Genet. 2017 3 августа; 101 (2): 167-176. PubMed: 28777929. Бесплатный полный текст доступен в PubMed Central: PMC5544380.
Гупта Р.М., Мусунуру К. Расширение набора инструментов генетического редактирования: ZFN, TALEN и CRISPR-Cas9. Джей Клин Инвест. 2014 Октябрь; 124 (10): 4154-61. дои: 10.1172/JCI72992. Epub 2014, 1 октября. Обзор. PubMed: 25271723. Бесплатный полный текст доступен в PubMed Central: PMC4191047.
Хсу П.Д., Ландер Э.С., Чжан Ф. Разработка и применение CRISPR-Cas9 для инженерии генома. Клетка. 2014 5 июня; 157 (6): 1262-78. doi:10.1016/j.cell.2014.05.010. Обзор. PubMed: 24906146. Бесплатный полный текст доступен в PubMed Central: PMC4343198.
Комор А.С., Бадран А.Х., Лю Д.Р. Технологии на основе CRISPR для манипулирования геномами эукариот. Клетка. 2017 20 апр;169(3):559. doi:10.1016/j.cell.2017.04.005. ПабМед: 28431253.
CRISPR/Cas9 | КРИСПР
КРИСПР/Cas9 | КРИСПР
CRISPR/Cas9 — особая, эффективная и универсальная технология редактирования генов, которую мы можем использовать для модификации, удаления или исправления определенных участков нашей ДНК.
Доктор Эммануэль Шарпантье, один из наших научных основателей, стала одним из изобретателей редактирования генов CRISPR/Cas9. До этого люди знали «CRISPR» только как аббревиатуру для кластерных регулярно расположенных коротких палиндромных повторов генетической информации, которую некоторые виды бактерий используют как часть противовирусного механизма. Теперь, как инструмент редактирования генов, CRISPR/Cas9произвела революцию в биомедицинских исследованиях и вскоре может привести к прорыву в медицине, чего раньше не удавалось сделать немногим биологическим инновациям.
CRISPR/Cas9 редактирует гены, точно разрезая ДНК, а затем позволяя естественным процессам восстановления ДНК вступить во владение. Система состоит из двух частей: фермента Cas9 и направляющей РНК.
Быстрое преобразование революционной технологии в преобразующую терапию.
CRISPR Lexicon
- CRISPR: Сгруппированные Короткие палиндромные повторы с регулярными интервалами Генетическая информация, которую некоторые виды бактерий используют как часть противовирусной системы.
Группа ученых, в том числе наш соучредитель доктор Эммануэль Шарпантье, открыла, как использовать эту систему в качестве инструмента редактирования генов (Jinek, et al. Science 2012) - Cas9: CRISPR-ассоциированный (Cas ) эндонуклеаза или фермент, который действует как «молекулярные ножницы» для разрезания ДНК в месте, указанном направляющей РНК
- Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК): молекула, используемая большинством организмов для хранения генетической информации, которая содержит «инструкции для жизни»
- Рибонуклеиновая кислота (РНК): молекула, родственная ДНК, которую живые существа используют целей, включая транспортировку и чтение «инструкций» ДНК
- Направляющая РНК (гРНК): тип молекулы РНК, которая связывается с Cas9 и определяет, на основе последовательности гРНК, место, в котором Cas9разрезает ДНК
Группа ученых, в том числе наш соучредитель доктор Эммануэль Шарпантье, открыла, как использовать эту систему в качестве инструмента редактирования генов (Jinek, et al. Science 2012)С помощью CRISPR/Cas9 можно выполнять три основные категории генетических изменений:
Генное редактирование CRISPR/Cas9
РАЗРУШЕНИЕ
гомологичное соединение концов может привести к добавлению или удалению пар оснований, нарушению исходной последовательности ДНК и инактивации генов места.