Informacja

Czy CRISPR jest wykorzystywany, gdy naukowcy używają systemu CRISPR/Cas9 do edycji genów?

Czy CRISPR jest wykorzystywany, gdy naukowcy używają systemu CRISPR/Cas9 do edycji genów?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

„CRISPR” i „Cas9” to różne rzeczy. Kiedy wirus atakuje bakterię, bakteria przechowuje kod wirusowy wirusa w CRISPR. A kiedy wirus ponownie zaatakuje, białko Cas9 wykorzystuje RNA w CRISPR, aby znaleźć wirusowe DNA, a następnie je zniszczyć.

Jaki jest więc pożytek z CRISPR, gdy naukowcy używają systemu CRISPR/Cas9 do edycji genów, skoro już daliśmy białku Cas9 przewodnie RNA?

Przepraszam, jeśli to głupie pytanie, jestem nowy w inżynierii genetycznej i nie mogłem znaleźć odpowiedzi w Google.


Wyjaśnienie: Jak działa CRISPR

Naukowcy używają narzędzia o nazwie CRISPR/Cas9 do edycji DNA.

Udostępnij to:

Naukowcy zwykle unikają używania tego słowa cud. Chyba że mówią o narzędziu do edycji genów o nazwie CRISPR. „Z CRISPR możesz zrobić wszystko”, mówią niektórzy. Inni nazywają to po prostu niesamowitym.

Rzeczywiście, zadziwiła tak wielu ludzi i tak szybko, że zaledwie osiem lat po jej odkryciu Jennifer Doudna i Emmanuelle Charpentier przyjęły do ​​domu Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2020 roku.

CRISPR oznacza „zgrupowane regularnie rozmieszczone krótkie” palindromiczny się powtarza”. Te powtórzenia znajdują się w DNA bakterii. W rzeczywistości są to kopie małych fragmentów wirusów. Bakterie wykorzystują je jak kolekcje kubków do identyfikacji złych wirusów. Cas9 to enzym które mogą rozciąć DNA. Bakterie walczą z wirusami, wysyłając enzym Cas9, aby rozdrabniał wirusy, które są w kolekcji. Naukowcy niedawno odkryli, jak to robią bakterie. Teraz w laboratorium naukowcy stosują podobne podejście, aby zmienić system zwalczania wirusów drobnoustroju w najgorętsze nowe narzędzie laboratoryjne.

To narzędzie CRISPR/Cas9 zostało po raz pierwszy opisane w 2012 i 2013 roku. Laboratoria naukowe na całym świecie wkrótce zaczęły używać go do zmiany genomu organizmu — całego zestawu jego instrukcji DNA.

Nauczyciele i rodzice, zapisz się na ściągawkę

Cotygodniowe aktualizacje ułatwiające korzystanie Wiadomości naukowe dla studentów w środowisku uczenia się

To narzędzie może szybko i skutecznie dostroić prawie każdy gen w dowolnej roślinie lub zwierzęciu. Naukowcy wykorzystali go już do leczenia chorób genetycznych zwierząt, zwalczania wirusów i sterylizacji komarów. Używali go również do przygotowywania organów świńskich do przeszczepów ludzkich i wzmacniania mięśni u psów rasy beagle.

Jak dotąd największy wpływ CRISPR był odczuwalny w podstawowych laboratoriach biologicznych. Ten tani edytor genów jest łatwy w użyciu. Umożliwiło to naukowcom zagłębienie się w podstawowe tajemnice życia. I mogą to zrobić w sposób, który kiedyś był trudny, jeśli nie niemożliwy.

Robert Reed jest biologiem rozwojowym na Cornell University w Ithaca w stanie Nowy Jork. Porównuje CRISPR do myszy komputerowej. „Możesz po prostu wskazać to miejsce w genomie i możesz zrobić wszystko, co chcesz w tym miejscu”.

Na początku oznaczało to wszystko, co wiązało się z cięciem DNA. CRISPR/Cas9 w swojej oryginalnej formie to urządzenie naprowadzające (część CRISPR), które prowadzi molekularne nożyczki (enzym Cas9) do docelowego odcinka DNA. Razem działają jak pocisk manewrujący do inżynierii genetycznej, który wyłącza lub naprawia gen lub wstawia coś nowego w miejscu, w którym nożyczki Cas9 dokonały pewnych nacięć. Nowsze wersje CRISPR nazywane są „edytorami podstawowymi”. Mogą one edytować materiał genetyczny po jednej bazie na raz, bez cięcia. Bardziej przypominają ołówek niż nożyczki.

Oto jak to działa

Naukowcy zaczynają od RNA. To cząsteczka, która potrafi odczytać informację genetyczną w DNA. RNA znajduje miejsce w jądro komórki, w której powinna mieć miejsce jakaś czynność edycyjna. (Jądro to przedział w komórce, w którym przechowywana jest większość materiału genetycznego.) To prowadzi RNA do prowadzenia Cas9 do dokładnego miejsca na DNA, gdzie wymagane jest nacięcie. Cas9 następnie blokuje się na dwuniciowym DNA i rozpakowuje go.

Umożliwia to parowanie RNA prowadzącego z pewnym regionem DNA, na który jest skierowany. Cas9 odcina DNA w tym miejscu. Powoduje to przerwę w obu niciach cząsteczki DNA. Komórka, wyczuwając problem, naprawia przerwę.

Naprawienie przerwy może wyłączyć gen (najłatwiejsza rzecz do zrobienia). Ewentualnie ta naprawa może naprawić błąd lub nawet wprowadzić nowy gen (o wiele trudniejszy proces).

Komórki zwykle naprawiają przerwę w swoim DNA, ponownie sklejając luźne końce. To niechlujny proces. Często prowadzi to do błędu, który wyłącza jakiś gen. To może nie brzmieć pożytecznie — ale czasami tak jest.

Naukowcy tną DNA za pomocą CRISPR/Cas9, aby dokonać zmian w genach, lub mutacje. Porównując komórki z mutacją i bez niej, naukowcy mogą czasami dowiedzieć się, jaka jest normalna rola białka. Albo nowa mutacja może pomóc im zrozumieć choroby genetyczne. CRISPR/Cas9 może być również przydatny w ludzkich komórkach, wyłączając pewne geny — na przykład te, które odgrywają rolę w chorobach dziedzicznych.

„Oryginalny Cas9 jest jak szwajcarski scyzoryk z tylko jednym zastosowaniem: to nóż” – mówi Gene Yeo. Jest biologiem RNA na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego. Ale Yeo i inni przykręcili inne białka i chemikalia do stępionych ostrzy. To przekształciło ten nóż w wielofunkcyjne narzędzie.

CRISPR/Cas9 i powiązane narzędzia mogą być teraz wykorzystywane na nowe sposoby, takie jak zmiana pojedynczej zasady nukleotydowej — pojedyncza litera w kodzie genetycznym — lub dodanie białka fluorescencyjnego w celu oznaczenia miejsca w DNA, które naukowcy chcą śledzić. Naukowcy mogą również wykorzystać tę genetyczną technologię wycinania i wklejania do włączania i wyłączania genów.

Ta eksplozja nowych sposobów korzystania z CRISPR jeszcze się nie skończyła. Feng Zhang jest biologiem molekularnym w Massachusetts Institute of Technology w Cambridge. Był jednym z pierwszych naukowców, który władał nożyczkami Cas9. „Pole rozwija się tak szybko”, mówi. „Po prostu patrząc na to, jak daleko zaszliśmy… Myślę, że to, co zobaczymy w ciągu najbliższych kilku lat, będzie po prostu niesamowite”.

Ta historia została zaktualizowana 8 października 2020 r., aby odnotować decyzję komitetu Nobla o przyznaniu odkryciu CRISPR’ nagrody w dziedzinie chemii 2020.

Mocne słowa

podanie Szczególne zastosowanie lub funkcja czegoś.

baza (w genetyce) Skrócona wersja terminu nukleobaza. Te zasady są budulcem cząsteczek DNA i RNA.

biologia Badanie żywych istot. Naukowcy, którzy je badają, są znani jako biolodzy.

Kasa9 Enzym, którego obecnie używają genetycy, aby pomóc w edycji genów. Może przecinać DNA, pozwalając mu naprawiać uszkodzone geny, łączyć nowe lub wyłączać niektóre geny. Cas9 zostaje zaprowadzony do miejsca, w którym ma dokonywać cięć przez CRISPR, rodzaj przewodników genetycznych. Enzym Cas9 pochodzi z bakterii. Kiedy wirusy atakują bakterię, enzym ten może posiekać DNA zarazków, czyniąc je nieszkodliwymi.

komórka Najmniejsza strukturalna i funkcjonalna jednostka organizmu. Zazwyczaj jest zbyt mały, by można go było zobaczyć gołym okiem, składa się z wodnistego płynu otoczonego błoną lub ścianą. Zwierzęta składają się z tysięcy do bilionów komórek, w zależności od ich wielkości. Niektóre organizmy, takie jak drożdże, pleśnie, bakterie i niektóre glony, składają się tylko z jednej komórki.

chemiczny Substancja utworzona z dwóch lub więcej atomów, które łączą się (stają połączone) w ustalonej proporcji i strukturze. Na przykład woda jest substancją chemiczną składającą się z dwóch atomów wodoru związanych z jednym atomem tlenu. Jej symbolem chemicznym jest H2O.

CRISPR Skrót – wyraźnie ostrzejszy – dla terminu „zgrupowane regularnie rozmieszczone krótkie powtórzenia palindromiczne”. Są to fragmenty RNA, cząsteczki przenoszącej informacje. Są one kopiowane z materiału genetycznego wirusów infekujących bakterie. Kiedy bakteria napotka wirusa, na który była wcześniej narażona, wytwarza kopię RNA CRISPR, która zawiera informację genetyczną tego wirusa. Następnie RNA kieruje enzymem zwanym Cas9, aby rozciąć wirusa i uczynić go nieszkodliwym. Naukowcy budują teraz własne wersje CRISPR RNA. Te laboratoryjne RNA prowadzą enzym do cięcia określonych genów w innych organizmach. Naukowcy używają ich, jak nożyczek genetycznych, do edycji lub zmiany określonych genów, aby następnie móc badać, jak działa gen, naprawiać uszkodzenia uszkodzonych genów, wstawiać nowe geny lub wyłączać szkodliwe.

rozwojowy (w biologii) Przymiotnik odnoszący się do zmian, jakie zachodzą w organizmie od poczęcia do dorosłości. Te zmiany często dotyczą chemii, rozmiaru, a czasem nawet kształtu.

DNA (skrót od kwasu dezoksyrybonukleinowego) Długa, dwuniciowa cząsteczka o spiralnym kształcie wewnątrz większości żywych komórek, która zawiera instrukcje genetyczne. Jest zbudowany na szkielecie atomów fosforu, tlenu i węgla. We wszystkich żywych organizmach, od roślin i zwierząt po drobnoustroje, instrukcje te mówią komórkom, które cząsteczki mają wytworzyć.

Inżynieria Dziedzina badań wykorzystująca matematykę i naukę do rozwiązywania praktycznych problemów.

pole Kierunek studiów, jak w: Jej dziedziną badań była biologia. Również termin opisujący środowisko w świecie rzeczywistym, w którym prowadzone są badania, np. na morzu, w lesie, na szczycie góry lub na ulicy miasta. Jest to przeciwieństwo sztucznego otoczenia, takiego jak laboratorium badawcze.

fluorescencyjny Zdolne do pochłaniania i ponownego emitowania światła. To reemitowane światło jest znane jako fluorescencja.

gen (przym. genetyczny) Segment DNA, który koduje lub przechowuje instrukcje do produkcji białka. Potomstwo dziedziczy geny po rodzicach. Geny wpływają na wygląd i zachowanie organizmu.

genom Kompletny zestaw genów lub materiału genetycznego w komórce lub organizmie. Badanie tego dziedziczenia genetycznego znajdującego się w komórkach jest znane jako genomika.

mięsień Rodzaj tkanki używany do wytwarzania ruchu poprzez kurczenie komórek, znany jako włókna mięśniowe. Mięśnie są bogate w białko, dlatego gatunki drapieżne szukają zdobyczy zawierających dużo tej tkanki.

mutacja (v. mutate) Pewna zmiana zachodząca w genie w DNA organizmu. Niektóre mutacje występują naturalnie. Inne mogą być wywołane czynnikami zewnętrznymi, takimi jak zanieczyszczenia, promieniowanie, leki lub coś w diecie. Gen z tą zmianą nazywany jest mutantem.

jądro Liczba mnoga to jądra. (w biologii) Gęsta struktura obecna w wielu komórkach. Zazwyczaj pojedyncza zaokrąglona struktura zamknięta w błonie, jądro zawiera informację genetyczną.

organ (w biologii) Różne części organizmu, które pełnią jedną lub więcej określonych funkcji. Na przykład jajnik to narząd, który wytwarza jaja, mózg to narząd, który interpretuje sygnały nerwowe, a korzenie roślin to narządy, które pobierają składniki odżywcze i wilgoć.

palindrom (przym. palindromic) Słowo, nazwa lub fraza, która ma tę samą kolejność liter podczas czytania do przodu lub do tyłu. Na przykład, tata oraz mama są oba palindromy.

białko Związek złożony z jednego lub więcej długich łańcuchów aminokwasów. Białka są istotną częścią wszystkich żywych organizmów. Stanowią podstawę żywych komórek, mięśni i tkanek, wykonują również pracę wewnątrz komórek. Hemoglobina we krwi i przeciwciała, które próbują zwalczać infekcje, należą do lepiej poznanych, samodzielnych białek. Leki często działają poprzez przyczepianie się do białek.

RNA Cząsteczka, która pomaga „odczytać” informację genetyczną zawartą w DNA. Molekularna maszyneria komórki odczytuje DNA, aby wytworzyć RNA, a następnie odczytuje RNA, aby wytworzyć białka.

etykietka (w biologii) Aby przymocować zwierzęciu solidną opaskę lub opakowanie z narzędziami. Czasami tag jest używany do nadania każdej osobie niepowtarzalnego numeru identyfikacyjnego. Po przymocowaniu do nogi, ucha lub innej części ciała zwierzaka, może skutecznie stać się „imionem” zwierzęcia. W niektórych przypadkach tag może również zbierać informacje ze środowiska wokół zwierzęcia. Pomaga to naukowcom zrozumieć zarówno środowisko, jak i rolę zwierzęcia w nim.

Cytaty

Dziennik:​ S. Wang i in. Dwukolorowy system znakowania CRISPR oparty na aptamerze RNA. Raporty naukowe. Tom. 6, 27 maja 2016, s. 26857. doi: 10.1038/srep26857.

Dziennik:​ ​C. Komor i in. Programowalna edycja docelowej zasady w genomowym DNA bez rozszczepiania dwuniciowego DNA. Natura. Tom. 533, 19 maja 2016, publikacja internetowa 20 kwietnia 2016, s. 420. doi:10.1038/nature17946.

Dziennik:​ D.A. Nelles i in. Programowalne śledzenie RNA w żywych komórkach za pomocą CRISPR/Cas9. Komórka. Tom. 165, 7 kwietnia 2016, s. 488. doi: 10.1016/j.cell.2016.02.054.

O Tinie Hesman Saey

Tina Hesman Saey jest starszym pisarzem personelu i raportuje z biologii molekularnej. Posiada doktorat. w genetyce molekularnej z Washington University w St. Louis i magister dziennikarstwa naukowego z Boston University.

Zasoby klasowe do tego artykułu Dowiedz się więcej

W tym artykule dostępne są bezpłatne zasoby dla nauczycieli. Zarejestruj się, aby uzyskać dostęp:


Chemia 2020 Nobel wybiera CRISPR, narzędzie do edycji genów

Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna opracowali potężne narzędzie do edycji genów o nazwie CRISPR/Cas9 (na ilustracji). W niecałą dekadę zrewolucjonizował genetykę molekularną i terapię genową. Dzięki temu naukowcy otrzymali również Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2020 roku.

Meletios Verras/iStock/Getty Images Plus

Udostępnij to:

Jennifer Doudna i Emmanuelle Charpentier pomogły zmienić ochronę przed bakteriami w jedno z najpotężniejszych narzędzi genetycznych. Za swoje wysiłki właśnie otrzymali Nagrodę Nobla 2020 w dziedzinie chemii.

Wyjaśnienie: Nagroda Nobla

„Genetyczne nożyczki zostały odkryte zaledwie osiem lat temu”, zauważa Pernilla Wittung-Stafshede. Jest członkiem Komitetu Noblowskiego Chemii. Już teraz zauważa, że ​​te „fantastyczne” nożyczki mogą ciąć DNA tam, gdzie chcesz. W ten sposób „zrewolucjonizowali nauki przyrodnicze”, mówi. „Możemy teraz łatwo edytować genomy zgodnie z potrzebami – coś, co wcześniej było trudne, a nawet niemożliwe”.

Wittung-Stafshede przemawiał 7 października na konferencji prasowej Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk w Sztokholmie. Na tym wydarzeniu ogłoszono nagrodę. „Tylko wyobraźnia wyznacza granice tego, do czego to narzędzie chemiczne… może być używane w przyszłości” – powiedziała. „Być może spełni się marzenie o leczeniu chorób genetycznych”. Ostrzega jednak, że etyka i prawo powinny być wykorzystywane do decydowania, gdzie i jak należy użyć tak potężnego narzędzia.

Zwycięstwo było „niezwykle wyczekiwane”, dodaje Luis Echegoyen. Jest chemikiem na University of Texas w El Paso i prezesem American Chemical Society. Chociaż czas od odkrycia do nagrody Nobla jest zwykle znacznie dłuższy, ta nagroda dla CRISPR jest „już spóźniona”, mówi.

Doudna i Charpentier podzielą nagrodę w wysokości 10 milionów koron szwedzkich, czyli około 1,1 miliona dolarów.

Emmanuelle Charpentier (po lewej) i Jennifer Doudna (po prawej) połączyły siły, aby przekształcić system obrony bakteryjnej w edytor genów. Od lewej: ©Helmholtz/Hallbauer&Fioretti Sam Willard/Sam Willard Photography, Berkeley

Uczenie się od drobnoustrojów

Bakterie i archeony wykorzystywały CRISPR/Cas9 do zwalczania wirusów przez miliony, a może miliardy lat.

Wyjaśnienie: Jak działa CRISPR

CRISPR to skrót od Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. W skrócie, te krótkie, powtarzające się fragmenty bakterii kanapkowych z DNA z listy najbardziej poszukiwanych przez FBI: atakujących wirusów. Za każdym razem, gdy bakterie napotykają wirusa, robią mu zdjęcie kubkowe DNA i umieszczają je pomiędzy powtórzeniami. Następnym razem, gdy bakterie napotkają tego wirusa, tworzą kopie RNA zdjęć z kubka. Te fotokopie RNA łączą się następnie z innym kawałkiem RNA. Jest znany jako aktywujący trans RNA CRISPR lub tracrRNA. I wysyła biuletyn zawierający wszystkie punkty, znany jako przewodnik RNA. Przewodzące RNA przenoszą następnie enzym tnący DNA — Cas9 — do wirusa. Tam enzym sieka i eliminuje zagrożenie.

Nożyczki molekularne

CRISPR/Cas9 to dwuczęściowe narzędzie do edycji genów. Pierwsza część składa się z przewodnika genetycznego wykonanego z RNA. Druga część to enzym Cas 9, który tnie DNA. Kierujący RNA przenosi enzym do określonego miejsca w DNA organizmu, które naukowcy chcą wyciąć (patrz docelowa sekwencja tutaj). To miejsce jest chemicznym odpowiednikiem RNA. Po przeniesieniu we właściwe miejsce Cas9 odcina DNA.

Jak działa CRISPR/Cas9

E. Otwell

E. Otwell

Doudna pracuje na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Obecnie Charpentier kieruje Instytutem Biologii Zakażeń im. Maxa Plancka w Berlinie w Niemczech. Spotkali się w 2011 roku na konferencji w Portoryko. „Chodziliśmy po Old San Juan i rozmawialiśmy o CRISPR/Cas9”, wspomina Doudna podczas wirtualnej konferencji prasowej 7 października. Postanowili połączyć siły, aby zbadać system obrony bakteryjnej. W końcu zmienili go w edytor genów.

Ich innowacją było połączenie RNA z kubka z tracrRNA. W ten sposób powstał pojedynczy przewodnik RNA. Naukowcy zdali sobie sprawę, że zdjęcia policyjne nie muszą być molekularnymi obrazami wirusów. Zamiast tego, zastępując zastrzyk z kubka RNA, który pasuje do genu, naukowcy mogliby skierować Cas9 do wycięcia tego genu – a tak naprawdę dowolnego genu.

Nauczyciele i rodzice, zapisz się na ściągawkę

Cotygodniowe aktualizacje ułatwiające korzystanie Wiadomości naukowe dla studentów w środowisku uczenia się

Jego znaczenie było jasne od samego początku

Główny artykuł opublikowany na ten temat przez Doudnę i Charpentiera był cytowany ponad 9500 razy. To prawie raz na osiem godzin, odkąd pojawił się po raz pierwszy w 2012 roku, mówi David Liu. Jest biologiem chemicznym i badaczem Howard Hughes Medical Institute na Uniwersytecie Harvarda w Cambridge w stanie Massachusetts (On i inni zmienili oryginalny system CRISPR, aby naukowcy mogli go używać na wiele nowych sposobów).

Obietnica CRISPR była natychmiast widoczna, mówi Stanley Qi. Obecnie jest bioinżynierem i biotechnologem na Uniwersytecie Stanforda w Kalifornii. Ale był uczniem w laboratorium Doudny. Tam miał miejsce przy ringu do odkrycia. A Qi mówi, że wiedział już wtedy, że CRISPR dokona wielkich rzeczy. „W ciągu tych ośmiu lat dokonało się tak wiele przełomów i postępów”, mówi, „to znacznie przekracza moje oczekiwania”.

Doudna i Charpentier „nadal przyglądają się szerokiej kategorii enzymów CRISPR”, mówi Qi. Ich trwające prace dostarczyły nowych informacji na temat ewolucji i funkcjonowania tego systemu w przyrodzie. Doudna wykonała pracę, aby pokazać, jak wygląda Cas9 i jak działa. Jej praca pomogła innym naukowcom zwiększyć dokładność CRISPR, mówi.

Wyjaśnienie: Czym są geny?

Wielu badaczy przeniosło teraz te genetyczne nożyce do następnego kroku, używając CRISPR/Cas9 do cięcia i edycji genów w ludzkich komórkach. Naukowcy zachwycają się tym, jak tanie i łatwe jest korzystanie z CRISPR. Dzięki niemu naukowcy dokonali edycji genów wielu różnych zwierząt, w tym psów, myszy, ślimaków, krów i komarów.

Narzędzie zostało również wykorzystane do kodowania danych i przechowywania filmów w DNA bakterii. Rośliny i grzyby również zostały poddane obróbce CRISPR. A edytor genów został wykorzystany do przeprogramowania ludzkich komórek odpornościowych do walki z rakiem i do zwrócenia komórek rakowych przeciwko sobie.

Snipować czy nie ciąć? Oto jest pytanie

Wraz z wielką mocą CRISPR pojawiły się wielkie kontrowersje. To coś, o czym Doudna i współautor Samuel Sternberg ostrzegali w swojej książce z 2017 roku Pęknięcie w stworzeniu: nowa moc kontrolowania ewolucji. Niektórzy uważają, że edytor genów może być używany do pomocy zagrożonym gatunkom lub do powstrzymania komarów przed przenoszeniem chorób. Jednak takie wysiłki mogą nawet doprowadzić do wyginięcia całych gatunków lub spowodować katastrofy ekologiczne. Naukowcy już zlikwidowali małe populacje komarów w laboratorium.

Najbardziej kontrowersyjny jest naukowiec z Chin, który edytował geny w ludzkich embrionach. Testy wyprodukowały bliźniacze dziewczynki w 2018 roku. Sprzeciw wobec jego działań był szybki i głośny. Niektórzy wzywali do zakazu edycji genów dzieci.

Ogromna moc CRISPR „oznacza, że ​​musimy używać go z wielką ostrożnością”, mówi Claes Gustafsson. Przewodniczy Komitetowi Nobla ds. Chemii. „Ale jest równie jasne, że jest to technologia… która zapewni ludzkości ogromne możliwości” – powiedział na konferencji prasowej 7 października.

Już teraz trwają badania kliniczne mające na celu przetestowanie zdolności CRISPR/Cas9 do leczenia raka, anemii sierpowatej, dziedzicznej ślepoty i innych. Jeśli się powiedzie, edycja genów może leczyć, a nawet wyleczyć, wcześniej nieuleczalne schorzenia genetyczne.

CRISPR odegrał nawet rolę w pandemii koronawirusa. Niektóre testy diagnostyczne dla COVID-19 i opracowywane terapie opierają się na technologii CRISPR.

Tylko pięć kobiet poza Doudną i Charpentierem zdobyło Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.

Mówi Doudna: „Myślę, że wiele kobiet ma wrażenie, że ich praca nigdy nie zostanie rozpoznana tak, jak mogłaby być, gdyby były mężczyznami. Chcę zobaczyć tę zmianę i mam nadzieję, że to krok we właściwym kierunku”.

Pisarka sztabowa Maria Temming przyczyniła się do powstania tej historii.

Mocne słowa

bakteria: (przym: bakteryjne) Organizmy jednokomórkowe. Zamieszkują one niemalże wszędzie na Ziemi, od dna morskiego do wnętrza innych żywych organizmów (takich jak rośliny i zwierzęta). Bakterie to jedna z trzech domen życia na Ziemi.

bioinżynier: Ktoś, kto stosuje inżynierię do rozwiązywania problemów w biologii lub w systemach wykorzystujących żywe organizmy.

biologia: Badanie żywych istot. Naukowcy, którzy je badają, są znani jako biolodzy.

biotechnolog: Naukowiec, który wykorzystuje żywe komórki do tworzenia użytecznych rzeczy.

Kasa9: Enzym, którego obecnie używają genetycy, aby pomóc w edycji genów. Może przecinać DNA, pozwalając mu naprawiać uszkodzone geny, łączyć nowe lub wyłączać niektóre geny. Cas9 zostaje zaprowadzony do miejsca, w którym ma dokonywać cięć przez CRISPR, rodzaj przewodników genetycznych. Enzym Cas9 pochodzi z bakterii. Kiedy wirusy atakują bakterię, enzym ten może posiekać DNA zarazków, czyniąc je nieszkodliwymi.

komórka: Najmniejsza strukturalna i funkcjonalna jednostka organizmu. Zazwyczaj jest zbyt mały, by zobaczyć go nieuzbrojonym okiem, składa się z wodnistego płynu otoczonego błoną lub ścianą. W zależności od wielkości zwierzęta składają się z tysięcy do bilionów komórek. Większość organizmów, takich jak drożdże, pleśnie, bakterie i niektóre glony, składa się tylko z jednej komórki.

chemiczny: Substancja utworzona z dwóch lub więcej atomów, które łączą się (wiążą) w ustalonej proporcji i strukturze. Na przykład woda jest substancją chemiczną wytwarzaną, gdy dwa atomy wodoru wiążą się z jednym atomem tlenu. Jego wzór chemiczny to H2O. Chemical może być również przymiotnikiem opisującym właściwości materiałów, które są wynikiem różnych reakcji między różnymi związkami.

chemia: Dziedzina nauki zajmująca się składem, strukturą i właściwościami substancji oraz sposobami ich interakcji. Naukowcy wykorzystują tę wiedzę do badania nieznanych substancji, do reprodukcji dużych ilości użytecznych substancji lub do projektowania i tworzenia nowych i użytecznych substancji. (o związkach) Chemia jest również używana jako termin odnoszący się do receptury związku, sposobu jego wytwarzania lub niektórych jego właściwości. Ludzie, którzy pracują w tej dziedzinie, nazywani są chemikami. (w naukach społecznych) Termin określający zdolność ludzi do współpracy, dogadywania się i cieszenia się swoim towarzystwem.

badanie kliniczne: Próba badawcza z udziałem ludzi.

współautor: Jeden z grupy (dwie lub więcej osób), które wspólnie przygotowały pracę pisemną, taką jak książka, raport lub praca naukowa. Być może nie wszyscy współautorzy wnieśli równy wkład.

koronawirus: Rodzina wirusów nazwanych od przypominających koronę kolców na ich powierzchni (corona oznacza „korona” po łacinie). Koronawirusy powodują przeziębienie. Rodzina obejmuje również wirusy powodujące znacznie poważniejsze infekcje, w tym SARS.

COVID-19: Nazwa nadana koronawirusowi, który spowodował masową epidemię potencjalnie śmiertelnej choroby, począwszy od grudnia 2019 r. Objawy obejmowały zapalenie płuc, gorączkę, bóle głowy i problemy z oddychaniem.

CRISPR: Skrót – wyraźnie wyraźniejszy – dla terminu „zgrupowane regularnie rozmieszczone krótkie powtórzenia palindromiczne”. Są to fragmenty RNA, cząsteczki przenoszącej informacje. Mogą prowadzić enzym zwany Cas9 do przecinania materiału genetycznego jak nożyczki. W ten sposób mogą edytować – lub zmieniać – określone geny, aby następnie móc badać, jak te geny działają, naprawiać uszkodzenia uszkodzonych genów, wstawiać nowe geny lub wyłączać szkodliwe.

DNA: (skrót od kwasu dezoksyrybonukleinowego) Długa, dwuniciowa i spiralna cząsteczka wewnątrz większości żywych komórek, która zawiera instrukcje genetyczne. Jest zbudowany na szkielecie atomów fosforu, tlenu i węgla. We wszystkich żywych organizmach, od roślin i zwierząt po drobnoustroje, instrukcje te mówią komórkom, które cząsteczki mają wytworzyć.

ekologiczny: przymiotnik, który odnosi się do gałęzi biologii, która zajmuje się relacjami między organizmami i ich fizycznym otoczeniem. Naukowiec zajmujący się tą dziedziną nazywa się ekologiem.

zarodek: Wczesne stadia rozwijającego się organizmu lub zwierzęcia z kręgosłupem, składające się tylko z jednej lub kilku komórek. Jako przymiotnik termin byłby embrionalny — i mógłby być używany w odniesieniu do wczesnych etapów życia systemu lub technologii.

zagrożony: przymiotnik używany do opisywania gatunków zagrożonych wyginięciem.

enzymy: Cząsteczki wytwarzane przez żywe organizmy w celu przyspieszenia reakcji chemicznych.

etyka: (przym. etyczny) Kodeks postępowania określający, w jaki sposób ludzie wchodzą w interakcje z innymi i ich otoczeniem. Aby być etycznym, ludzie powinni traktować innych sprawiedliwie, unikać oszukiwania lub nieuczciwości w jakiejkolwiek formie oraz unikać brania lub wykorzystywania więcej niż sprawiedliwy udział zasobów (co oznacza unikanie chciwości). Etyczne zachowanie również nie narażałoby innych na ryzyko bez wcześniejszego ostrzeżenia ludzi o niebezpieczeństwach i skłonienia ich do zaakceptowania potencjalnego ryzyka. Eksperci zajmujący się tą dziedziną nazywani są etykami.

ewolucja: (v. ewoluować) Proces, w którym gatunki podlegają zmianom w czasie, zwykle poprzez zmienność genetyczną i dobór naturalny. Zmiany te zwykle skutkują powstaniem nowego typu organizmu, lepiej dopasowanego do środowiska niż wcześniejszy typ. Nowszy typ niekoniecznie jest bardziej „zaawansowany”, tylko lepiej dostosowany do konkretnych warunków, w których się rozwijał.

wymarły: przymiotnik opisujący gatunek, dla którego nie ma żywych członków.

bezpiecznik: (v.) Połączenie dwóch rzeczy razem, często wzdłuż jakiegoś szwu.

gen: (przym. genetyczny) Segment DNA, który koduje lub przechowuje instrukcje do produkcji białka przez komórkę. Potomstwo dziedziczy geny po rodzicach. Geny wpływają na wygląd i zachowanie organizmu.

edytowanie genów: Celowe wprowadzanie zmian w genach przez badaczy.

genom: Kompletny zestaw genów lub materiału genetycznego w komórce lub organizmie. Badanie tego dziedziczenia genetycznego znajdującego się w komórkach jest znane jako genomika.

odporny: (przym.) Ma do czynienia z odpornością. (v.) Potrafi odeprzeć konkretną infekcję. Alternatywnie, termin ten może być użyty w znaczeniu, że organizm nie wykazuje żadnych skutków narażenia na konkretną truciznę lub proces. Ogólnie rzecz biorąc, termin ten może sygnalizować, że konkretny lek, choroba lub substancja chemiczna nie mogą zranić czegoś.

infekcja: Choroba, która może przenosić się z jednego organizmu na drugi. Zwykle jest to spowodowane przez jakiś rodzaj zarazka.

innowacja: (v. innovate adj. innowacyjny) Adaptacja lub ulepszenie istniejącego pomysłu, procesu lub produktu, który jest nowy, sprytny, bardziej skuteczny lub bardziej praktyczny.

wgląd: Umiejętność uzyskania dokładnego i głębokiego zrozumienia sytuacji poprzez samo myślenie, zamiast wypracowywania rozwiązania poprzez eksperymentowanie.

mikrob: Skrót od mikroorganizmu. Żywa istota, która jest zbyt mała, aby zobaczyć go gołym okiem, w tym bakterie, niektóre grzyby i wiele innych organizmów, takich jak ameby. Większość składa się z jednej komórki.

Nagroda Nobla: Prestiżowa nagroda im. Alfreda Nobla. Najbardziej znany jako wynalazca dynamitu, Nobel był bogatym człowiekiem, kiedy zmarł 10 grudnia 1896 roku. W swoim testamencie Nobel pozostawił znaczną część swojej fortuny na tworzenie nagród dla tych, którzy zrobili wszystko dla ludzkości w dziedzinie fizyki, chemia, fizjologia czy medycyna, literatura i pokój. Zwycięzcy otrzymują medal i dużą nagrodę pieniężną.

pandemia: Epidemia, która dotyka dużą część populacji w kraju lub na świecie.

RNA: Cząsteczka, która pomaga „odczytać” informację genetyczną zawartą w DNA. Molekularna maszyneria komórki odczytuje DNA, aby wytworzyć RNA, a następnie odczytuje RNA, aby wytworzyć białka.

anemia sierpowata: Choroba genetyczna wpływająca na zdolność organizmu do wytwarzania normalnej hemoglobiny – białka przenoszącego tlen w czerwonych krwinkach. Osoby z tą chorobą dziedziczą wadliwy gen od każdego z rodziców. Przynajmniej jeden z tych genów powoduje, że organizm człowieka wytwarza tzw. hemoglobinę S. U kogoś, kto odziedziczy gen hemoglobiny-S od obojga rodziców, rozwija się najczęstsza (i ogólnie ciężka) postać choroby: niedokrwistość sierpowatokrwinkowa. Zmienia kształt krwinek czerwonych z kształtu dysku na sztywny półksiężyc – lub w kształcie „sierpa” – komórkę. Te zniekształcone komórki nie żyją tak długo, jak normalne komórki. Co ważniejsze, mogą utknąć w naczyniach krwionośnych, powodując bolesne kryzysy i konieczność leczenia szpitalnego.

gatunek: Grupa podobnych organizmów zdolnych do produkowania potomstwa, które może przeżyć i rozmnażać się.

technologia: zastosowanie wiedzy naukowej do celów praktycznych, zwłaszcza w przemyśle — lub urządzeń, procesów i systemów, które wynikają z tych wysiłków.

wirtualny: Bycie prawie jak coś. Obiekt lub koncepcja, które są praktycznie rzeczywiste, byłyby prawie prawdziwe lub rzeczywiste — ale nie całkiem. (w informatyce) Rzeczy, które są wykonywane w lub za pośrednictwem przetwarzania cyfrowego i/lub Internetu. Na przykład wirtualna konferencja może mieć miejsce, w której ludzie biorą udział, oglądając ją przez Internet.

wirus: Drobne cząstki zakaźne składające się z RNA lub DNA otoczone białkiem. Wirusy mogą się rozmnażać tylko poprzez wstrzyknięcie swojego materiału genetycznego do komórek żywych stworzeń. Chociaż naukowcy często określają wirusy jako żywe lub martwe, w rzeczywistości żaden wirus nie jest naprawdę żywy. Nie je tak jak zwierzęta, ani nie wytwarza własnego pożywienia tak, jak robią to rośliny. Aby przetrwać, musi przejąć kontrolę nad maszynerią komórkową żywej komórki.

Cytaty

Zapowiedź:​ Nobelprize.org. Nagroda Nobla w dziedzinie chemii. Opublikowano online 7 października 2020 r.

Dziennik:​ ​​M. Jinek i in. Programowalna podwójna endonukleaza DNA sterowana RNA w adaptacyjnej odporności bakterii. Nauki ścisłe. Tom. 337, 17 sierpnia 2012, s. 816. doi: 10.1126/science.1225829.

O Tinie Hesman Saey

Tina Hesman Saey jest starszym pisarzem personelu i raportuje z biologii molekularnej. Posiada doktorat. w genetyce molekularnej z Washington University w St. Louis i magister dziennikarstwa naukowego z Boston University.

Zasoby klasowe do tego artykułu Dowiedz się więcej

W tym artykule dostępne są bezpłatne zasoby dla nauczycieli. Zarejestruj się, aby uzyskać dostęp:


Systemy CRISPR-Cas jako adaptacyjna odpowiedź immunologiczna

Kiedy po raz pierwszy odkryto systemy CRISPR, uważano, że stanowią nowy mechanizm naprawy DNA u termofilnych archeonów i bakterii. [4] Na początku XXI wieku Mojica i współpracownicy zauważyli, że sekwencje odstępnika były podobne do sekwencji znalezionych w bakteriofagach, wirusach i plazmidach. Odkryli, że wirusy nie mogą infekować homologicznych sekwencji dystansujących, znajdujących się w bakteriach, co sugeruje, że sekwencje te odgrywają rolę w adaptacyjnym układzie odpornościowym u prokariontów. [1] Krótko mówiąc, gdy wirus infekuje prokariota, sekwencje rozdzielające w macierzach CRISPR są transkrybowane w celu wygenerowania krótkiego RNA CRISPR (crRNA), który kieruje sekwencją związaną z CRISPR (Cas) do cięcia komplementarnych sekwencji wirusowych DNA lub RNA, w zależności od na typ systemu CRISPR-Cas. W ten sposób systemy CRISPR-Cas działają jako mechanizm obronny zapobiegający powtarzającym się infekcjom tym samym wirusem.


Co robimy z CRISPR/Cas9?

Większość eksperymentów wykorzystuje mysie embriony lub komórki wyhodowane na szalkach Petriego w sztucznym płynie zaprojektowanym tak, aby przypominał krew. Inni badacze modyfikują komórki macierzyste, które mogą być następnie ponownie wstrzykiwane pacjentom w celu ponownego zasiedlenia uszkodzonych narządów.

Tylko kilka laboratoriów na całym świecie pracuje z wczesnymi ludzkimi embrionami. Badania te są ściśle regulowane i uważnie obserwowane. Inni pracują na komórkach roślinnych, ponieważ całe rośliny można wyhodować z kilku komórek.

Gdy dowiemy się więcej, zakres tego, co możemy zrobić z CRISPR/Cas9, ulegnie poprawie. Możemy wiele, ale każdy organizm i każda komórka jest inna. Co więcej, wszystko w ciele jest ze sobą połączone, więc musimy pomyśleć o nieoczekiwanych skutkach ubocznych i wziąć pod uwagę etykę zmiany genów. Przede wszystkim my, jako społeczeństwo, powinniśmy przedyskutować i uzgodnić, co chcemy osiągnąć.

Przeczytaj inne artykuły z naszej serii o medycynie precyzyjnej tutaj.


Nagroda Nobla w dziedzinie chemii idzie za odkrycie „nożyczek genetycznych” o nazwie CRISPR/Cas9

Tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie chemii została przyznana za odkrycie systemu edycji genów CRISPR/Cas9, który po raz pierwszy umożliwił naukowcom dokonywanie precyzyjnych zmian w długich odcinkach DNA, które tworzą kod życia wielu organizmów, w tym ludzi. Nagroda została podzielona przez Emmanuelle Charpentier, mikrobiologa i dyrektora berlińskiego Wydziału Nauki o Patogenach im. Maxa Plancka, oraz Jennifer A. Doudna, profesora i biochemika z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Naukowcy podzielą nagrodę pieniężną w wysokości 10 milionów koron szwedzkich, czyli nieco ponad 1,1 miliona dolarów.

To narzędzie CRISPR, często określane jako „nożyczki bdquogenetyczne”, zostało wykorzystane przez badaczy roślin do opracowania upraw odpornych na szkodniki i suszę, a także może zmienić rolnictwo. W medycynie metoda bierze udział w badaniach klinicznych nowych terapii przeciwnowotworowych. A naukowcy próbują go wykorzystać do leczenia niektórych chorób dziedzicznych. „Jest używany w całej nauce” – mówi Claes Gustafsson, przewodniczący Komitetu Nobla ds. Chemii.

Prawie dziesięć lat temu Charpentier odkrył w bakteriach nieznaną wcześniej cząsteczkę, tracrRNA. Dowiedziała się, że ta cząsteczka była częścią układu odpornościowego drobnoustrojów, który pomaga im zwalczać wirusy poprzez rozszczepianie wirusowego DNA. Mechanizm, którego używają do tego drobnoustroje, nazywa się CRISPR. At about the same time, Doudna was mapping the cas proteins, a series of enzymes associated with CRISPR that snip apart DNA at specific spots. The two scientists began collaborating in 2011, after meeting at a conference in Puerto Rico where they went to a café in San Juan and talked about the overlap in their work. They succeeded in making these genetic scissors in a laboratory, and in reprogramming them to cut DNA at whatever spot the scientists selected.

This is the first time the chemistry Nobel has gone to two women. Charpentier, reached by phone this morning, said, &ldquoI&rsquom very happy this prize goes to two women. I hope it provides a positive message for young girls, young women, who wish to follow the path of science.&rdquo Doudna, speaking at a press conference earlier today, echoed that thought. &ldquoI&rsquom delighted to inspire the next generation, if possible,&rdquo she said.

Luis Echegoyen, president of the American Chemical Society, notes that &ldquofor a long time women have been nominated, but few have obtained the prize.&rdquo The Nobels began in 1901, and there were only five female winners in chemistry before Charpentier and Doudna. This disparity reflected a bias against women rather than the quality of their science, Echegoyen says. Times may be changing, however: Frances Arnold of the California Institute of Technology won the chemistry award in 2018 for her work on directed evolution.

CRISPR &ldquois very selective, very exquisite chemistry,&rdquo Echegoyen says. &ldquoKnowing the chemistry behind things allows you to control the biology. And it lets you understand the different functions of genes. Charpentier and Doudna were absolutely at the core of this discovery.&rdquo A third scientist, Feng Zhang of the Broad Institute of the Massachusetts Institute of Technology and Harvard University, has also claimed major credit for work on CRISPR&rsquos discovery and use. And the dispute is currently being waged in legal battles over U.S. patents. But the Nobel committee did not mention Zhang and focused solely on Charpentier and Doudna. The duo has been on a prizewinning streak: During the past five years, the two won a Breakthrough Prize in Life Sciences, a Wolf Prize in Medicine and a Kavli Prize in Nanoscience (that last award was shared with Virginijus &Scaronik&scaronnys, a biochemist who worked on CRISPR independently.) They were also named Japan Prize winners.

The Nobel chemistry committee felt that Charpentier and Doudna&rsquos work, though relatively recent, &ldquohad already benefited humankind greatly,&rdquo said committee member Pernilla Wittung Stafshede during today&rsquos announcement. There are already many dozens of applications. Angela Zhou, an information scientist at CAS (Chemical Abstracts Service), a division of the American Chemical Society that tracks discoveries and technologies in that field through mentions in journals and patents, says a few of them stand out. CRISPR, she says, has been used to &ldquomodify immune cells to make them more effective at destroying cancer cells and to remove the HIV virus when it has integrated itself into the human genome. And CRISPR-based drugs are being developed to treat heart disease, blood disorders and blindness.&rdquo

In her press conference, Doudna said that it is relatively easy to get the genome editing molecules into eye cells and blood cells, so genetic eye diseases and blood illnesses such as sickle cell disease are most amenable to CRISPR-based therapies. &ldquoFurther out, it can be used on neurodegenerative diseases, where there is a great need,&rdquo she said. Amid the COVID-19 pandemic, the technology is being used to develop diagnostic tests to detect the novel coronavirus. Charpentier also noted that CRISPR is now being employed in basic research on the virus to search for molecules that help the pathogen replicate.

The use of CRISPR has generated significant controversy in addition to plaudits, Doudna acknowledged. Scientists have utilized the technique to edit genes in human sperm and egg cells. And a researcher in China used gene editing on viable human embryos, creating a storm of condemnation and worry about babies &ldquodesigned&rdquo to have particular qualities. &ldquoIt&rsquos important to have responsible use of this technology in the future,&rdquo said Doudna, who has been involved in scientific groups that have crafted ethical guidelines. She supports making careful changes to sperm and egg cells for therapeutic purposes&mdashto prevent inherited diseases&mdashbut opposes employing CRISPR or related techniques for human enhancement.

Both scientists said they were not expecting to hear from Sweden this morning. Charpentier, calling in to the Nobel announcement, acknowledged that her name and Doudna&rsquos had surfaced as potential winners in recent years. &ldquoIt was mentioned to me a number of times, perhaps more than I would like,&rdquo she said. Still, she noted, she had not thought this would be her year. &ldquoWhen I got the call this morning I was very emotional. I was surprised,&rdquo Charpentier said. But &ldquoit&rsquos real now.&rdquo

Editor&rsquos Note (10/7/20): This article has been updated after posting to include comments from Luis Echegoyen, Pernilla Wittung Stafshede and Jennifer A. Doudna.


WPROWADZANIE

The development of high precision genome editing tools like targeted nucleases has accelerated advances in fundamental plant science and crop breeding (Zhang, Massel, Godwin, & Gao, 2018 ). Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR), and its CRISPR-associated protein (Cas), is an RNA-guided nuclease developed from the microbial adaptive immune system by repurposing for genome editing (Barrangou & Marraffini, 2014 ). CRISPR-Cas technologies can facilitate efficient genome engineering within eukaryotic cells (Komor, Badran, & Liu, 2017 ). Precise targeting of the Cas9 protein is achieved by specifying a 20-nucleotide (nt) targeting sequence within its single guide RNA (sgRNA Ran et al., 2013 ). The application of genome editing tools such as CRISPR-Cas9 in genetic studies and for engineering crops with desirable traits has become a major focus of plant scientists and precision plant breeders alike (Borrill, 2020 ). The induction of targeted site-specific double stranded breaks in DNA and the subsequent repair through direct ligation sometimes results in errors such as insertions or deletions (indels) leading to a loss of gene function (knockouts Rodgers & McVey, 2016 ).

Modern domesticated wheats are derivatives from ancient hybridization events between ancestral progenitor species. The two most extensively cultivated wheats are the tetraploid durum or pasta wheat (Triticum turgidum ssp. durum L.) and hexaploid bread wheat (Triticum aestivum L.) (Matsuoka, 2011 ). Both species have large genomes—durum, ∼12 and hexaploidy, ∼16 Gbp—consisting mostly of repetitive elements. Within these polyploid species each gene usually exists as two copies in the tetraploid durum wheat or as three in hexaploid bread wheat. Homoeologous gene copies are usually highly conserved in gene structure and sequence among the subgenomes (>95% Adamski et al., 2020 ).

The first reported use of CRISPR-Cas9 to produce a stably genome edited wheat plant was the targeted knockout of the Mildew Locus O (Mlo), conferring resistance to the powdery mildew pathogen Blumeria graminis f.sp. tritici (Bgt), this was achieved in combination with an earlier gene editing technology, transcription activator-like effector nucleases (TALEN Wang et al., 2014 ). Since this first report, wheat genes of agronomical and fundamental scientific interest have been targeted using CRISPR-Cas9 technology, such as α-gliadin genes to lower gluten grain content (Sánchez-León et al., 2018 ), TaGW2 to increase grain weight (Zhang, Li, et al., 2018 ), TaZIP4-B2 to understand meiotic homologous crossover (Rey et al., 2018 ), TaQsd1 to reduce preharvest sprouting (Abe et al., 2019 ), TaMTL oraz CENH3 for haploid plant induction (Liu et al., 2019 Lv et al., 2020 ).

Here, we describe experimentally derived protocols for the selection of sgRNA targets, construct assembly, and screening analysis for genome editing in hexaploid wheat.


Tool for gene discovery

Scientists have long sought after this sort of genome editing tools for living cells. Two other technologies, called zinc-finger nucleases and TALEN (transcription activator-like effector nuclease) are available to achieve the same result. However, the CRISPR technology is much easier to generate and manipulate. This means that most biological research laboratories can carry out the CRISPR experiments.

As a result, CRISPR technology has been quickly adopted by scientists all over the world and put it into various tests. It has been demonstrated to be effective in genome editing of most experimental organisms, including cells derived from insects, plants, fish, mice, monkeys and humans.

Such broad successes in a short period of time imply we’ve arrived at a new genome editing era, promising fast-paced development in biomedical research that will bring about new therapeutic treatments for various human diseases.

Jennifer Doudna from the University of California Berkeley, who was one a co-inventor of the CRISPR, recently called for caution in using the gene-editing technology on human cells. US Department of Energy

The CRISPR technology offers a novel tool for scientists to address some of the most fundamental questions that were difficult, if not impossible, to address before.

For instance, the whole human genomic DNA sequence had been deciphered many years ago, but the majority of information embedded on the DNA fragments are largely unknown. Now, the CRISPR technology is enabling scientists to study those gene functions. By eliminating or replacing specific DNA fragments and observing the consequences in the resulting cells, we can now link particular DNA fragments to their biological functions.

Recently, cells and even whole animals with desired genome alterations have successfully been generated using the CRISPR technology. This has proven highly valuable in various biomedical research studies, such as understanding the cause and effect relationship between specific DNA changes and human diseases. Studying DNA in this way also sheds light on the mechanisms underlying how diseases develop and provides insights for developing new drugs that eliminate specific disease symptoms.

With such profound implications in medical sciences, many biotech and pharmaceutical companies have now licensed the CRISPR technology to develop commercial products.

For example, a biotech company, Editas Medicine, was founded in 2013 with the specific goal of creating treatments for hereditary human diseases employing the CRISPR technology.

However, products derived from the use of CRISPR technology are yet to hit the market with FDA approval.


What is CRISPR?

CRISPR is a technology that can be used to edit genes and, as such, will likely change the world.

The essence of CRISPR is simple: it’s a way of finding a specific bit of DNA inside a cell. After that, the next step in CRISPR gene editing is usually to alter that piece of DNA. However, CRISPR has also been adapted to do other things too, such as turning genes on or off without altering their sequence.

There were ways to edit the genomes of some plants and animals before the CRISPR method was unveiled in 2012 but it took years and cost hundreds of thousands of dollars. CRISPR has made it cheap and easy.

CRISPR is already widely used for scientific research, and in the not too distant future many of the plants and animals in our farms, gardens or homes may have been altered with CRISPR. In fact, some people already are eating CRISPRed food.

Advertisement

CRISPR technology also has the potential to transform medicine, enabling us to not only treat but also prevent many diseases. We may even decide to use it to change the genomes of our children. An attempt to do this in China has been condemned as premature and unethical, but some think it could benefit children in the future.

CRISPR is being used for all kinds of other purposes too, from fingerprinting cells and logging what happens inside them to directing evolution and creating gene drives.

The key to CRISPR is the many flavours of “Cas” proteins found in bacteria, where they help defend against viruses . The Cas9 protein is the most widely used by scientists. This protein can easily be programmed to find and bind to almost any desired target sequence, simply by giving it a piece of RNA to guide it in its search.

When the CRISPR Cas9 protein is added to a cell along with a piece of guide RNA, the Cas9 protein hooks up with the guide RNA and then moves along the strands of DNA until it finds and binds to a 20-DNA-letter long sequence that matches part of the guide RNA sequence. That’s impressive, given that the DNA packed into each of our cells has six billion letters and is two metres long.

What happens next can vary. The standard Cas9 protein cuts the DNA at the target. When the cut is repaired, mutations are introduced that usually disable a gene. This is by far the most common use of CRISPR. It’s called genome editing – or gene editing – but usually the results are not as precise as that term implies.

CRISPR can also be used to make precise changes such as replacing faulty genes – true genome editing – but this is far more difficult.

Customised Cas proteins have been created that do not cut DNA or alter it in any way, but merely turn genes on or off : CRISPRa and CRISPRi respectively. Yet others, called base editors, change one letter of the DNA code to another .

So why do we call it CRISPR? Cas proteins are used by bacteria to destroy viral DNA. They add bits of viral DNA to their own genome to guide the Cas proteins, and the odd patterns of these bits of DNA are what gave CRISPR its name: clustered regularly interspaced short palindromic repeats. Michael Le Page


Związane z

Instytut Wyssa
Centrum Nauk Przyrodniczych Bldg.
3 Krąg Blackfan
Boston, Massachusetts 02115
Mapa i wskazówki