Метод редактирования генома-Нобелевская премия

Людина і суспільство
Priymak
Повідомлень: 607
З нами з: Нед січня 15, 2012 10:25 am

Метод редактирования генома-Нобелевская премия

Повідомлення Priymak » Чет жовтня 08, 2020 11:15 am

Наука не стоит на месте и всегда продвигается к новым методикам для устранения разных неприятностей в организме животных и человека.Наука всегда стоит на службе человечества.
Ученые нашли способ изменить гены, чтобы бороться с раком или исправлять "поломанные" гены и лечить другие болезни.
Молекулярные ножницы, способные вырезать куски генов из клеток                                                        (метод редактирования генома)                                   
Эммануэль Шарпентье и Дженнифер Дудна  - Нобелевские лауреаты по химии 2020
 Звучит как фантастика.
 Вдумайтесь: человечество дошло до этапа, когда смогло изобрести удобный инструмент для редактирования "поломанных" генов. И это открывает невиданные горизонты и дает шанс на излечение рака, наследственных генетических болезней и не только.
И именно за это - "разработку метода редактирования генома" - в этом году получили Нобелевскую премию по химии Эммануэль Шарпентье и Дженнифер Дудни.
"Генетические ножницы CRISPR / Cas9 способны распознать ДНК от вирусов,
но Эммануэль Шарпентье и Дженнифер Дудна,  награжденные в этом году,  доказали, что ими можно управлять, чтобы они могли вырезать любую молекулу ДНК на заранее определенном месте", - говорит официальный твиттер Нобелевской премии .

В 2012 году в совместной статье (список из шести имён), посвящённой ДНК-р и иммунитету бактерий, Шарпантье и Дженнифер Дудна предположили, что механизм CRISPR/Cas9 может быть использован для запрограммированного редактирования генов, что расценивается как одно из самых значимых открытий в области генной инженерии
О фантастике, которая стала реальностью благодаря кропотливой работе ученых, журналисты попросили дать интервью  Оксану Петух, доктора биологических наук и генетики, которая в Украине работает с системой CRISPR.
И у бактерий есть свой иммунитет
Как-то ученые исследовали геном кишечной палочки и нашли очень непонятные в то время генетические структуры - кассеты с коротких последовательностей (спейсеров), разделившихся палиндромными повторами в геноме бактерий.Ученые не понимали его значения (палиндромы - повторы, что одинаково читаются и справа налево и слева направо). 
Японские ученые создали  об этом научную публикацию, и о находке на время забыли.
Гораздо позже группа биоинформатики под руководством уважаемого ученого Евгения Кунина предположили, что эти элементы важны для защиты бактерий от вирусов.
Ведь у людей есть свои вирусы, а у бактерий - свои.
 И каждый защищается по-разному.
 Бактерии хоть и одноклеточные организмы, но им тоже надо защищаться от вирусов - пожирателей бактерий, именуемых фагами.
Так случайно обнаружили CRISPR - адаптивную иммунную систему, которая помогает бактериям переживать атаки вирусов.
У бактерий есть своя иммунная система. 
Кто мог об этом подумать 10 лет назад? 
А теперь мы знаем, как она работает. 
Это колоссальный результат эволюции и  это  очень важно для общего понимания фундаментальных основ биологии и всего живого
Очень многие ученые работали, чтобы выяснить, чем является CRISPR-система и как она работает
Сначала ученые исследовали первый тип этой системы. 
Он работает так: есть несколько белков, которые собираются вместе, и каскад- комплекс, активирующий эти белки.
 Вместе они встречают вирусную нуклеиновую кислоту и кромсают ее как шредер бумагу.
Прошло время, и исследователи выяснили, что есть еще второй тип - один из представителей - CRISPR-CAS 9.
Он был исследован гораздо хуже.
 И нынешняя лауреат Эмманюэль Шарпантье как раз работала с ним.
Эмманюэль Шарпантье выделила определенные элементы этой системы, собственно РНК, но не имела необходимого инструментария, чтобы глубже исследовать эту систему, поэтому предложила сотрудничество Дженнифер Дудни.
Совместно им удалось выяснить, какой элемент в этой системе за что отвечает и как система уничтожает вирусную ДНК, когда та попадает в бактериальную клетку.
 Они применили технологии, которые были доступны и отработаны в лаборатории Дудны.
И в 2012 году показали, как работает система, которую мы теперь называем молекулярными ножницами. 
Более того, смогли адаптировать ее для довольно простого использования. Фактически приручили!Благодаря их работе мы можем резать ДНК в любых типах клеток: бактерий, животных, растений.
Как работают молекулярные ножницы?
Попробуйте представить, что наука способна сделать с нашим телом.
CRISPR-Cas9 состоит из большого белка, который имеет свои молекулярные ножницы. 
Этот белок окутывает ДНК, расплетает ее цепочку, так что образуется петля из однолонцюгових ДНК.
А затем разрезаются эти одноцепочные молекулы,
визуально это можно представить как двое щипчиков, расположенных друг напротив друга, разрушают определенные химические связи в молекуле ДНК, чтобы ниточки развалились и образовался разрыв ДНК.
Навигатором этого белка является специальная направляющая РНК. Она указывает, где ножницы должны  резать и направляет белок в это место генома.Клетка же в это время «думает», что ей грозит опасность и разрывы надо срочно залатать. Часто клетка латает ДНК в режиме аврала, потому что если будет много таких повреждений, она умрет, включив механизм самоуничтожения.
Чаще всего клетка восстанавливает разрывы ДНК с ошибками, и это приводит к нокауту гена - когда ген есть, но он неактивен.
 И это классный инструмент для изучения функций гена:
мы можем выключать его и включать относительно легко и дешево по сравнению с другими старыми технологиями и смотреть, а насколько этот ген важен.
Эту же технологию можно использовать для встраивания нужной нам информации. 
Если заставим клетку использовать нужные нам шаблоны для ремонта разрывов ДНК, можем скорректировать мутацию из нескольких букв генетического кода.
Что это значит?
Становятся реальностью мечты, амбиции ученых отредактировать геном с целью лечения болезней, которые возникают в результате ошибок в нашей ДНК: лейкемии, гемофилии, многих наследственных заболеваний. 
У нас есть инструмент делать это направлено и осмысленно.Благодаря этой системе за одну манипуляцию мы можем одновременно работать с несколькими генами. Отредактировать сразу несколько генов.
И именно в этом году Нобелевские лауреаты установили функцию и составляющие этого комплекса и предложили метод, как определить роль РНК в этом комплексе.
 Показали, что из двух "пазлов" направляющей РНК можно самим синтезировать одну, и сделать такую искусственную РНК, чтобы управлять этим процессом и программировать систему CRISPR резать ДНК там, где нужно нам.
Эту систему недаром часто сравнивают с армейским ножом-мультитул, который можно использовать для всех случаев жизни. 
Инструмент, который дали нам лауреаты, позволяет регулировать судьбу клеток.Для этого на почве мутировавших белков Cas9 - потерявших свои молекулярные ножницы - создали целый ряд генетических инструментов.
Например, есть инструменты, чтобы включить или выключить какие-то гены, чтобы они из фибробластов стали стволовыми клетками или нейронами. Это дает большие возможности в биологии и медицине. 
Инструменты для визуализации ДНК, для редактирования всего одной буквы генетической информации без внесения разрывов в ДНК.
От лаборатории- к применению в медицине
Лауреаты работали с этой системой в пробирке, не в культуре клеток.
 Далее подключились другие ученые.
В 2012 эти две исследовательницы показали, что мы можем приручить эту систему и перепрограммировать ее так как нам нужно. в 2013-м уже Джордж Чарджуй и Чанг Фенг параллельно публикуют, что это можно делать в живых клетках.
И в течение следующего года посыпался град работ, которые показывали, что это возможно делать во всех типах клетках.
Можно модифицировать растения, улучшая их, можно с раковыми клетками бороться, с наследственными заболеваниями, начали создавать альтернативные инструменты.Это открыло двери к применению системы и для научных целей, и для медицины.
В Китае целые институты работают с CRISPR-системами. Там сумели модифицировать и животные и растительные организмы.Бывает, для терапевтической цели достаточно выключить один ген. Но таких случаев мало.
Чаще всего удобнее корректировать информацию в геноме.
 Где-то надо отредактировать одну букву генетического алфавита, а где-то - встроить 30 пар оснований, например.
Для этого вместе с системой CRISPR в клетку вводят и короткие ДНК-матрицы, несущие нужную нам генетическую информацию, так мы можем заменить генетическую информацию (часть гена) на нужную.
Мы уже можем редактировать гены, не внося изменения в структуру ДНК. Это становится существенно более безопасным для пациента.На сегодня уже проводят много клинических испытаний терапии генетических заболеваний с применением молекулярных ножниц.
Например, результаты испытаний продолжительностью в год, когда группе добровольцев проводили терапию серповидноклеточной анемии с помощью CRISPR-системы, заменяя маленькие мутации в соответствующих генах.
 Первые исследования на людях показывают, что есть очень хорошие результаты.В этом году с помощью этой технологии провели уникальную коррекцию слепоты, связанной с мутацией определенного гена, прямо в теле пациента.
Это огромный прогресс.
 Ведь если говорить о терапии анемии, заболеваний крови, технически это выглядит так, что у человека берут клетки крови, за ее телом выполняют манипуляции CRISPR-ом, и затем подсаживают назад.
Есть еще большое направление работы по терапии вирусных заболеваний с помощью CRISPR. 
Например, вирусы герпеса, гепатита, Эпштейна-Барра, иммунодефицита человека и другие. 
Берем клетки у пациента, но работаем с ними вне организма.
 И возвращаем пациенту "отредактированные" клетки. 
В этом направлении есть очень хорошие результаты.
В направлении онкологии есть интересные работы, но они сложнее для объяснения. 
Это вообще синтетическая биология, когда мы используем саму клетку или какие-то ее ферменты-белки мини-чип.
Представьте: можно запрограммировать CRISPR-систему, чтобы она активировалась определенным онкомаркером - белком.
Если клетка онкологическая, там много белка Х.
Он связывается с направляющей РНК, и только тогда направляющая РНК может связываться с белком CAS9.
 После чего запрограммированная нами система может включить гены апоптоза и направлять клетку на самоликвидацию, если она злокачественная.
И такие системы делают.
 Например, с раком мочевого пузыря.
 Под каждый тип рака можно создать  управляемый мини-компьютер.
Сейчас такие работы еще не вышли за пределы лабораторий.
 Но эти вещи достаточно близки к медицинской апробации, захватывают воображение и очень вдохновляют.
Что дальше и проблемы?
Главное ограничение применения CRISPR-системы в медицине уже и сейчас - "off-target" эффект. Например, система случайно может порезать ДНК не там, где надо, а это серьезная проблема. Ее надо решить перед тем, как предлагать такой метод терапии пациенту.
CRISPR система также может быть генотоксической.
 А если в клетке разорвали ДНК не там, где надо, и разрывов много, то клетка может включить механизм самоликвидации. 
Иногда бывает низкая эффективность редактирования.
Есть и другая проблема, как это все "запихнуть" в клетку, что использовать в качестве "шаттла", чтобы доставить это в клетку и чтобы это не было токсичным для пациента.
Использовать ретровирусы для доставки - это потенциальная онкогенность.
 Использовать другие вирусы, не такие агрессивные? 
Это снижает эффективность.
 И таких нюансов много. 
И сам комплекс CRISPR-CAS9 тоже имеет свою иммуногенность.
Сейчас это отдельное направление, исследователи изучают, как довести работу системы CRISPR к филигранности, как снизить ее возможной токсичности, иммуногенность, способы доставки будут эффективными.Но раз ученые уже дошли до данного направления, то оно будет и дальше развиваться и совершенствоваться, чтобы активно работать на службе оздоровления человечества.
(По материалам публикаций Нобелевского комитета)

Повернутись до “Ідеологія суспільства споживання”

Хто зараз онлайн

Зараз переглядають цей форум: Немає зареєстрованих користувачів і 0 гостей

Наши сайты