Ծրագրավորվող գեների խմբագրում. գեների բարձր ճշգրտության խմբագրման որոնում

• Հեղինակ:
• Հեղինակ անունը

  Quantumrun Հեռատեսություն
• Դեկտեմբերի 19, 2022

Insight ամփոփում

Գենային խմբագրումը հանգեցրել է գենետիկ թերապիայի հետաքրքիր բացահայտումների, ինչպիսիք են քաղցկեղի և մուտացիայի ենթարկված բջիջների հնարավոր «ամրագրումը»: Այնուամենայնիվ, գիտնականները ավելի լավ ուղիներ են ուսումնասիրում բջիջները ավելի ճշգրիտ թիրախավորելու համար, բնականաբար տեղի ունեցող գենետիկ խմբագրման գործընթացների միջոցով: Ծրագրավորվող գեների խմբագրման երկարաժամկետ հետևանքները կարող են ներառել գենետիկական հետազոտությունների ֆինանսավորման ավելացում և անհատականացված բժշկության ավելի լավ գործիքներ:

Ծրագրավորվող գեների խմբագրման համատեքստ

Գենոմի խմբագրումը հզոր տեխնիկա է, որը թույլ է տալիս գիտնականներին նպատակային փոփոխություններ կատարել օրգանիզմի գենետիկ կոդի մեջ: Այս մեթոդին կարելի է հասնել մի քանի տարբեր ձևերով, ներառյալ ԴՆԹ-ի ընդմիջումների կամ մուտացիաների ներդրումը ինժեներական հաջորդականության հատուկ նուկլեազների (SSNs) օգտագործման միջոցով:

Գենոմի ներսում կրկնակի շղթայական ընդմիջումներ (DSBs) հրահրելով՝ գիտնականները կարող են օգտագործել ծրագրավորված SSN-ներ՝ թիրախավորելու կոնկրետ վայրեր: Այս DSB-ները այնուհետև վերականգնվում են բջջային ԴՆԹ մեխանիզմներով, ինչպիսիք են ոչ հոմոլոգ վերջի միացումը (NHEJ) և հոմոլոգիայի ուղղորդված վերանորոգումը (HDR): Թեև NHEJ-ը սովորաբար հանգեցնում է ոչ ճշգրիտ ներդիրների կամ ջնջումների, որոնք կարող են խաթարել գենի գործառույթը, HDR-ը կարող է ճշգրիտ փոփոխություններ կատարել և պոտենցիալ շտկել գենետիկական մուտացիաները:

CRISPR գեների խմբագրման գործիքն այս ոլորտում ամենաշատ կիրառվողն է, որը ներառում է ուղեցույց (gRNA) և Cas9 ֆերմենտը` խնդրահարույց շղթաները «կտրելու» համար: Այս տեխնիկայի օգտագործման մի քանի հնարավոր առավելություններ կան, ներառյալ քաղցկեղի և ՄԻԱՎ-ի (մարդու իմունային անբավարարության վիրուսի) նման հիվանդությունների բուժումը և այլ խանգարումների բուժման նոր մեթոդների մշակումը: Այնուամենայնիվ, կապված են նաև ռիսկեր, ինչպիսիք են հնարավորությունը, որ հատուկ խմբագրումները կարող են վնասակար մուտացիաներ ներմուծել օրգանիզմի ԴՆԹ-ում: 

Ըստ Trends in Plant Science ամսագրում հրապարակված ուսումնասիրության, 2021 թվականին արդեն կային 30 վեբ վրա հիմնված ծրագրային հարթակներ, որոնք նախատեսված էին gRNA ծրագրավորման համար: Այս ծրագրերն ունեն բարդության տարբեր մակարդակներ, որոնցից ոմանք գիտնականներին հնարավորություն են տալիս վերբեռնել հաջորդականությունների լայն շրջանակ: Բացի այդ, որոշ գործիքներ կարող են որոշել ոչ նպատակային մուտացիաները:

Խանգարող ազդեցություն

2021 թվականին Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի (MIT) և Հարվարդի համալսարանի գիտնականները հայտնաբերեցին ծրագրավորվող ԴՆԹ փոփոխող համակարգերի նոր դաս, որը կոչվում է OMEGA (Պարտադիր շարժական տարրերի ղեկավարվող գործունեություն), որը չի օգտագործում CRISPR տեխնոլոգիան: Այս համակարգերը բնականաբար կարող են խառնել ԴՆԹ-ի փոքր կտորները բակտերիաների գենոմներում: Այս բացահայտումը բացում է կենսաբանության եզակի տարածք, որը կարող է բարձրացնել գենոմի խմբագրման տեխնոլոգիան հաշվարկված ռիսկից ավելի կանխատեսելի գործընթացի:

Այս ֆերմենտները փոքր են, ինչը հեշտացնում է դրանք բջիջներին փոխանցելը, քան ավելի մեծածավալ ֆերմենտները, և դրանք կարող են արագ հարմարվել տարբեր օգտագործման համար: Օրինակ, CRISPR ֆերմենտները օգտագործում են gRNA վիրուսային զավթիչներին թիրախավորելու և ոչնչացնելու համար: Այնուամենայնիվ, արհեստականորեն գեներացնելով իրենց gRNA հաջորդականությունները՝ կենսաբաններն այժմ կարող են Cas9 ֆերմենտի ուղեցույցը ուղղորդել դեպի ցանկացած ցանկալի թիրախ: Այս ֆերմենտների ծրագրավորման հեշտությունը դրանք դարձնում է ԴՆԹ-ի փոփոխման հզոր գործիք և ենթադրում է, որ հետազոտողները կարող են դրանք օգտագործել գեների խմբագրման թերապիայի մշակման համար: 

Ծրագրավորվող գեների խմբագրման մեկ այլ խոստումնալից հետազոտական ​​ուղղություն է twin prime editing-ը, որը CRISPR-ի վրա հիմնված գործիք է, որը մշակվել է Հարվարդի գիտնականների կողմից 2022 թվականին: Նոր տեխնիկան թույլ է տալիս գենի չափով ԴՆԹ-ի մեծ կտորները մանիպուլյացիայի ենթարկել մարդու բջիջներում՝ առանց ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրը կտրելու: Ավելի մեծ փոփոխություններ, քան հնարավոր էր նախկինում, կարող է գիտնականներին հնարավորություն տալ ուսումնասիրել և բուժել գենետիկական հիվանդությունները, որոնք առաջանում են գենային ֆունկցիայի կորստի կամ բարդ կառուցվածքային մուտացիաների հետևանքով, ինչպիսիք են հեմոֆիլիան կամ Հանթերի համախտանիշը:

Ծրագրավորվող գեների խմբագրման հետեւանքները

Ծրագրավորվող գեների խմբագրման ավելի լայն հետևանքները կարող են ներառել. 

• Գենետիկական խմբագրման հետազոտության ֆինանսավորման ավելացում՝ նպատակ ունենալով դիվերսիֆիկացնել խնամքի ավելի ճշգրիտ և անվտանգ մեթոդները հայտնաբերելու համար օգտագործվող տեխնիկան:
• Անհատականացված բժշկության առաջընթացը նպատակային գենետիկական և հիվանդությունների բուժման միջոցով:
• Կենսատեխնոլոգիական ընկերությունները մշակում են ավելի լավ ծրագրակազմ գենետիկ խմբագրման ավտոմատացման և ճշգրտության համար:
• Որոշ կառավարություններ մեծացնում են իրենց ֆինանսավորումն ու հետազոտությունները գենետիկական խմբագրման ոլորտում՝ իրականացնելով տարբեր փորձնական թեստեր քաղցկեղի բուժման մեջ:
• Գենետիկ մուտացիաներով ծնված մարդկանց կյանքի ավելի երկար տեւողությունը.
• Նոր գենետիկական գործիքները վերամշակվում են կենդանիների և բույսերի տեսակների վնասակար հիվանդությունների և մուտացիաների դեմ պայքարելու համար:

Հարցեր, որոնք պետք է հաշվի առնել

• Ի՞նչ եք կարծում, ծրագրավորվող գենետիկ խմբագրումը այլ կերպ ինչպե՞ս կարող է հեղափոխություն կատարել առողջապահության ոլորտում:
• Ի՞նչ կարող են անել կառավարությունները, որպեսզի այս բուժումները հասանելի լինեն բոլորին: