Нобелевскую премию по химии дали за способ редактирования генома
Нобелевскую премию по химии дали за способ редактирования генома
7 октября 2020
Мы много раз ведали о способе редактирования генома под заглавием CRISPR-Cas9. Что ж, поведаем о нём ещё раз – поэтому что создатели этого способа лишь что были удостоены Нобелевской премии по химии.
(Иллюстрация: ADDRicky / Depositphotos)
Эммануэль Шарпантье (слева) и Дженнифер Дудна.
‹
›
Открыть в полном размере
О системе CRISPR-Cas9 молвят настолько не мало, что может показаться, как будто это единственный способ редактирования генома. По сути нет: мысль переписывать генетический текст в ДНК появилась издавна, и по мере развития молекулярной биологии стали появляться надлежащие экспериментальные техники. Но говоря о способе редактирования генома, мы имеем в виду, что таковой способ должен быть четким, всепригодным и комфортным. Четкий способ будет заносить правки лишь туда, куда нам необходимо, без непредсказуемой самодеятельности. Универсальность значит, что мы можем избрать для правки хоть какое пространство в хоть какой хромосоме. А удобство значит скорость и простоту в воззвании. CRISPR-Cas9 не полностью точен, не полностью всепригоден и не очень прост, но для нынешней науки он стал воистину революционным.
Способ CRISPR-Cas9 взяли в долг у микробов. Cas9 – заглавие белка, CRISPR – аббревиатура: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, что можно перевести как «недлинные палиндромные повторы в ДНК, расположенные постоянными группами». Образно говоря, CRISPR – это память о вирусных инфекциях. Амеба может пережить вторжение вируса, опосля которого в её клеточке останутся фрагменты вирусной ДНК – амеба встраивает их в свою ДНК. Вирусные последовательности перемежаются вышеупомянутыми маленькими повторами – так выходит библиотека CRISPR. Когда в клеточке возникает чужеродная ДНК, амеба ассоциирует её с библиотечными фрагментами. Если совпадение есть, означает, чужую ДНК необходимо повредить. И вот здесь в дело вступают ферменты Cas (фактически, это тоже сокращение: CRISPR-associated, другими словами гены, чьи функции соединены с CRISPR). На самом деле, система CRISPR-Cas смотрится как антивирусный иммунитет, который помнит прошлые инфекции и стремительно избавляется от знакомого вируса, если тот опять штурмует клеточку.
Дженнифер Дудна (Jennifer Doudna), одна из сегодняшних лауреаток, во 2-ой половине 2000-х как раз присоединилась к исследованиям CRISPR. Она и её коллеги смогли выделить и обрисовать функции нескольких белков Cas. Приблизительно в то же время Эммануэль Шарпантье (Emmanuelle Charpentier), иная сегоднящая лауреатка, занималась некими вопросцами, связанными с регуляцией генов у микробов. Как понятно, информация с генов в ДНК поначалу копируется в молекулу РНК, а на молекуле РНК уже синтезируются белки. Но нередко случается так, что РНК работает в клеточке сама по для себя, как самостоятельная регуляторная молекула. Эммануэль Шарпантье увидела, что одна из таковых РНК смотрится как копия фрагмента CRISPR. Как оказалась, эта РНК нужна, чтоб привести в действие машинку бактериального антивирусного иммунитета.
Последующие совместные исследования Шарпантье и Дудны дозволили в деталях осознать, как работает система CRISPR-Cas. Ещё раз напомним в 2-ух словах, как всё происходит: фермент Cas берёт в качестве эталона молекулу РНК, скопированную с библиотеки CRISPR, и сличает с ней чужеродную ДНК – если есть совпадения, означает, в клеточку просочился знакомый вирус и его ДНК необходимо убить. В которой-то момент Шарпантье и Дудне пришло в голову, что фермент, разрушающий ДНК, можно навести куда вздумается – основное, снабдить его необходимым образцом-инструкцией в виде РНК. Такие опыты удачно провели. А далее систему CRISPR-Cas оставалось приспособить для работы в клеточках звериных и растений.
На данный момент существует огромное количество вариантов этого способа. Никакого бактериального CRISPR в клеточки не вводят, но зато вовсю пользуются бактериальными Cas-белками (Cas9 – один из их). Ферменту дают аннотацию – заблаговременно синтезированную молекулу РНК, которая повторяет последовательность того участка хромосомы, который необходимо отредактировать. Потом комплекс белка и РНК тем либо другим методом посылают в клеточку. Но просто разрезать ДНК – не таковая уж увлекательная задачка. Нам необходимо отредактировать ДНК, другими словами поменять в ней одну либо несколько генетических букв, либо совершенно удалить их, либо добавить новейшие к уже имеющимся.
Когда в клеточной ДНК возникает разрыв, клеточка сходу старается его заделать. При всем этом она употребляет некоторый шаблон, к примеру, парную цепь ДНК либо схожий участок ДНК на гомологичной хромосоме. Но в качестве шаблона можно подсунуть клеточке что-то другое. Конкретно так делают в способе CRISPR-Cas9: вкупе режущим белком и направляющей его РНК в клеточку вводят шаблон – кусочек нуклеиновой кислоты, по которому клеточка обязана залатать разрыв. Разумеется, что таковым методом в клеточную ДНК можно ввести всякую мутацию, отключить хоть какой ген – либо, напротив, поправить мутацию и вынудить ген работать нормально.
Систему CRISPR-Cas9 приспособили к самым различным клеточкам: с её помощью редактируют и растительные геномы, и ДНК крыс, и ДНК обезьян, и даже ДНК человека. Некие исследования, в каких CRISPR-Cas9 применили к человечьим зародышам, провоцируют большие скандалы на тему этики (о одной таковой работе мы как-то ведали; иной схожий скандал разразился в 2018 году, когда в Китае родились две девченки, которых на стадии зародыша попробовали создать устойчивыми к ВИЧ). Но если отвлечься от скандалов, стоит признать, что CRISPR-Cas9 вправду открыл перед биологами бескрайние перспективы. При помощи этого способа мы не только лишь узнаём огромное количество новейших базовых вещей о том, как работают гены и клеточки, да и уже на данный момент вылечиваем генетические заболевания, о чём ранее не могли и грезить.
По материалам Нобелевского комитета.
Источник: