Tyyppi | Ribonukleoproteiini , proteiini |
---|---|
Osa | CRISPR-assosioitunut endonukleaasi Cas9 , HNH-nukleaasidomeeni, proteiiniperhe ( d ) , CRISPR-assosioitunut endonukleaasi Cas9, siltakierre , proteiiniperhe ( d ) , CRISPR-assosioitu endonukleaasi Cas9, PAM-vuorovaikutuksessa oleva domeeni, proteiiniperhe ( d ) , Cas9- tyypin HNH-domeeni, proteiiniperhe ( d ) , CRISPR: ään liittyvä endonukleaasi Cas9, REC-lohko, proteiiniperhe ( d ) |
Cas9 ( CRISPR: ään liittyvä proteiini 9 ) on bakteeriperäinen proteiini , jolla on antiviraalisia ominaisuuksia . Sen kyky leikata DNA : ta tiettyjen sekvenssien tasolla on tehnyt siitä molekyylibiologisen työkalun, jolla on laaja käyttömahdollisuus.
Se on RNA- ohjattu DNA- endonukleaasi , ts. Entsyymi , joka on erikoistunut leikkaamaan DNA: ta kahdella aktiivisella leikkausalueella, yksi kaksoiskierteen kullekin juosteelle .
Cas9-proteiini liittyy CRISPR: n ( Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats ) mukautuvaan tyypin II immuunijärjestelmään . Tätä entsyymiä voidaan käyttää geenitekniikassa eläin- ja kasvisolujen genomin muokkaamiseen helposti ja nopeasti . Työkalut genomin muokkaamiseen olivat olleet olemassa 1970-luvulta lähtien, mutta ne olivat paljon vähemmän tehokkaita, monimutkaisempia ja paljon kalliimpia kuin Cas9. Tästä Crispr-Cas9-tekniikasta, joka tunnetaan nimellä "molekyylisakset", puhutaan laajalti geneettisten sairauksien parantamisen toiveiden ja eettisten poikkeamien riskien välillä. Nämä geneettiseen muunnokseen liittyvät kysymykset viittaavat suoraan vuoden 1997 ihmisoikeus- ja biolääketieteelliseen yleissopimukseen, jonka 13 artikla on omistettu ihmisen genomiin liittyville interventioille. On kirjoitettu, että "ihmisen genomin muokkaamiseen tähtäävä interventio voidaan toteuttaa vain ennaltaehkäisevistä, diagnostisista tai terapeuttisista syistä ja vain, jos sen ei ole tarkoitus tehdä muutoksia jälkeläisten genomiin. "
Koska sen löydön Cas9 proteiinia on käytetty laajasti genomin tekniikan työkalu tuottaa kohdennettuja DNA-kaksoisjuosteen katkoksia. Nämä katkokset voivat johtaa geenien inaktivoitumiseen tai heterologisten geenien viemiseen ei-homologisten päiden risteyksellä tai homologisella rekombinaatiolla monissa organismeissa. Yhdessä sinkkisormiproteiinin nukleaasien ja talen proteiineja , Cas9 on tullut johtava väline alalla genomiikan . Cas9 sai suosiota kyvystään leikata DNA: ta tarkalleen missä tahansa paikassa, joka täydentää sen ohjaavaa RNA: ta. Toisin kuin TALEN- ja sinkkisormimenetelmät, Cas9: n kohdistama DNA: n kohdistaminen on suoraviivaista eikä vaadi proteiinin, vaan vain ohjaavan RNA: n modifiointia. Cas9-proteiinin modifioituja versioita, jotka sitoutuvat, mutta eivät leikkaa DNA: ta, voidaan edelleen käyttää spesifisten DNA-sekvenssien transkriptioiden aktivaattorien tai vaimentajien paikantamiseen tiettyjen geenien transkriptioiden aktivaation ja inaktivaation säätelemiseksi. Erityisesti Cas9-kohdentamista on yksinkertaistettu ainutlaatuisen kimeerisen RNA: n luomisen ansiosta. Tutkijat ovat ehdottaneet, että Cas9-tekniikka voi muuttaa kokonaisen organismipopulaation genomia. Vuonna 2015 kiinalaiset tutkijat käyttivät Cas9: ää muokkaamaan ihmisalkioiden genomia ensimmäistä kertaa. Vuodesta 2015 lähtien ja edelleen Kiinassa, erityisesti syöpäpotilaita on hoidettu CRISPR-Cas9: llä.
Kemian Nobel-palkinto myönnettiin lokakuussa 2020 Emmanuelle Charpentierille ja Jennifer Doudnalle genomin muokkausmenetelmän, tässä tapauksessa CRISPR-Cas9 -editointijärjestelmän, kehittämisestä.
Cases9 liittyy sekvenssien CRISPR ( CRISPR tai "lyhyt palindromi toistoja yhdistettiin ja säännöllisin välein" ) on immuniteetin adaptiivisen Streptococcus pyogenes , muun muassa bakteerit.
Streptococcus pyogenes käyttää Cas9-työkalua vieraiden DNA: n, kuten bakteriofagien tai plasmidi-DNA: n hyökkäävän DNA: n, havaitsemiseksi ja voittamiseksi. Cas9 suorittaa tämän havaitsemisen purkamalla vieraan DNA: n ja tarkistamalla täydentävyydenohjaavan RNA: n noin 20 emäsparin pitkän etäisyysalueen kanssa. Jos DNA-sekvenssi liittyy opas-RNA: han, Cas9 leikkaa invasiivisen DNA: n. Tässä mielessä, CRISPR / Cas9 työkalu on useita yhtäläisyyksiä mekanismi RNA-interferenssiä kohteessa eukaryooteissa .
CRISPR-Cas9 genomin muokkausta tekniikka löysi ryhmä ranskalaisen tutkijan Emmanuelle Charpentier avulla amerikkalaisen Jennifer DOUDNA on University of California at Berkeleyn . Sen kehitti vuodesta 2012 lähtien useat tutkijat, mukaan lukien molekyylibiologi Feng Zhang , Broad Institute (in) (liittyy Harvardiin ja MIT: ään ). Berkeley haastaa patentti myönnettiin Broad Instituutissa tämän löydön ennen Yhdysvaltain Patent and Trademark Office valituslautakuntaan . 15. helmikuuta 2017, Yhdysvaltain patentti- ja tavaramerkkivirasto katsoi, että Broad Instituten hakemat patentit CRISPR / Cas9: n käytöstä eukaryoottisolujen tapauksessa ovat päteviä. Berkeleyn yliopiston väitteitä ( Jennifer Doudnan ja Emmanuelle Charpentierin patenttihakemusten alkuperästä ) CRISPR / Cas9 : n käytöstä kaikentyyppiseen geneettiseen materiaaliin (mukaan lukien eukaryoottisolut) ei kuitenkaan hylätty.
Bakteeriperäisen immuniteettitoiminnan lisäksi Cas9-proteiinia käytetään geenitekniikan välineenä kaksisäikeisten murtumien indusoimiseksi DNA: ssa. Nämä tauot voivat johtaa geenin inaktivoitumiseen tai heterologisten geenien viemiseen kahden tyyppisen korjauksen kautta: ei-homologisten päiden risteys ja homologinen rekombinaatio monissa laboratorio-malli-organismeissa.
Tällainen työkalu oli jo olemassa transkriptioaktivaattorin kaltaisten efektorinukleaasien ( TALEN ) ja sinkkisormenukleaasien kanssa, mutta Cas9: stä on sen tehokkuuden, nopeuden ja edullisuuden ansiosta johtava työkalu geeniterapiassa .
CRISPR / Cas9-työkalun ymmärtäminen eteni 2010-luvulla, koska se voi leikata käytännöllisesti katsoen kaikki täydentävät sekvenssit opas-RNA: sta . Cas9-kohteen spesifisyyden ansiosta, joka johtuu ohjaavasta RNA: sta ja DNA: n komplementaarisuudesta eikä itse proteiinin modifikaatioista (kuten TALEN ja sinkkisormenukleaasit ), työkalu Cas9 voi kohdistaa uuden DNA: n melko helposti. Suunnittelun joustavuus yhdistettynä Cas9-versioihin, jotka sitovat, mutta eivät leikkaa vastaavaa DNA: ta, voi myös korjata ja deaktivoida geenejä paikantamalla spesifisten DNA-sekvenssien aktivaattorin tai repressorit . Edelleen yksinkertaistaminen saatiin aikaan uraauurtavassa tutkimuksessa vuonna 2012, joka edustaa yhden kimeerisen ohjaavan RNA: n luomista sen sijaan, että alkuperäinen ohjaava RNA koostuu kahdesta erillisestä RNA: sta, jotka liittyvät RNA-CRISPR: ään ja RNA: n transaktivaatioon. Tutkijat ehdottavat, että lukijat geenit takana Cas9 ehkä muokata genomien kokonaisten populaatioissa organismeja. Kuten molekyylibiologian vallankumous, joka liittyi restriktioentsyymien löytämiseen 1970-luvulla, myös Cas9-työkalupakilla on suuri potentiaali.
Ensimmäiset levitykset suoritettiin eläimillä ja erityisesti kädellisillä. Crispr-Cas9: n ja sen alentuneiden kehityskustannusten ansiosta tutkijat ovat jo luoneet sarvettomat lehmät (estääkseen niitä loukkaantumasta). Toiset aikovat elvyttää kuolleita lajeja, kuten esimerkiksi mammutin .
Valmistaja Monsanto , joka on Bayerin tytäryhtiö , hankki Crispr-Cas9: n käyttöoikeudet vuoden 2016 lopussa.
18. huhtikuuta 2015Cantonin tutkijat julkaisivat julkaisun Protein & Cell (in) mainonnassa, ovat käyttäneet tekniikkaa CRISPR / case.9 ihmisen alkioiden muuntamiseen geneettisesti. Tätä tutkimusta johtaneen Junjiu Huangin mukaan tiede ja luonto hylkäsivät tämän artikkelin tällaisen tutkimuksen aiheuttamien eettisten ongelmien takia . Artikkelissa todetaan tekniikan riittämätön herkkyys ja spesifisyys, jotta sitä voidaan käyttää geeniterapiassa tässä vaiheessa.
Joulukuussa 2015 Yhdysvaltain tiede- ja lääketieteellisen akatemian , Kiinan tiedeakatemian ja Lontoon kuninkaallisen seuran järjestämä kokous suositteli moratoriota useiden turvallisuus- ja eettisten kysymysten vuoksi . Tästä huolimatta, lukuun ottamatta syytöksiä eugeniikasta , monet bioetiikan asiantuntijat ja tutkijat ovat väittäneet, että jos alkioissa voidaan korjata poikkeavuuksia tietyissä kuolemaan johtavia ja heikentäviä olosuhteita aiheuttavissa geeneissä, niin niiden on oltava.
Tammikuussa 2016 Iso-Britannia antoi luvan ihmisen alkioiden geneettiseen manipulointiin Francis Crick -instituutissa Lontoossa. Tämä antaisi mahdollisuuden tutkia alkion kehityksen alkua ja tunnistaa, mikä aiheuttaa in vitro -hedelmöityksen onnistumisen tai epäonnistumisen , mutta palauttaa kuitenkin keskustelun etiikasta ja näiden tutkimusten tarkoituksesta.
Tukholman Karolinska-instituutin ruotsalainen tutkija Fredrik Lanner käyttää tätä entsyymiä uusien hedelmättömyys- ja keskenmenohoitojen löytämiseen. Tämä entsyymi deaktivoi CRISPR-cas9-geenit alkioissa, jotta voidaan tarkkailla niiden rooleja varhaisessa kehityksessään.
Oregonin Portlandin tutkijaryhmä ilmoitti heinäkuussa 2017 muokkaaneensa onnistuneesti ihmisalkioita. Tutkijat olisivat tehokkaasti korjanneet vialliset geenit perinnöllisten sairauksien alkuperässä. Alkioiden ei ole sallittu kehittyä muutama päivä (ihmisalkion tutkimukseen on asetettu 14 päivän raja). "Ituradatekniikaksi" kutsuttu prosessi muuttaa lasten DNA-koodia, joka voidaan sitten siirtää seuraaville sukupolville omien sukusolujensa kautta . Erityisesti tutkijat olisivat voineet vakuuttavasti osoittaa, että oli mahdollista välttää virheet, jotka johtuivat "off target" -vaikutuksista, jotka todettiin toisessa vuonna 2017 tehdyssä tutkimuksessa, joka lopulta peruutettiin. Näiden tulosten uskottavuudesta keskustellaan, mutta vuonna 2018 kirjoittajat julkaisivat uusia todisteita työnsä tueksi.
Marraskuussa 2018 kiinalainen tutkija He Jiankui ilmoitti YouTubeen lähetetyssä videossa ensimmäisten geneettisesti muunnettujen vauvojen, kahden kaksosen , syntymästä. Hän väittää käyttäneensä CRISPR-Cas9-tekniikkaa alkioissa ( IVF: n suunnittelema ) suojatakseen heitä HIV-tartunnalta , koska heidän isänsä on HIV-positiivinen . Sen yliopisto, Southern University of Science and Technology (en) ja Shenzhen , erotettavissa itsensä opettaja ja pyynnöstä kansallisen komitean Kiinan terveyden, terveysviranomaiset Guangdong aloitti tutkinnan. Ilman vertaisarviointi , jossa lisäksi video, yksinkertainen painamalla päästämistä Associated Press , bioethically ongelmallista , tämä työ nostatti meteliä että tiedeyhteisö ja Jiankui Hän ilmoitti 28. marraskuuta klo 2nd kansainvälisen huippukokouksen ihmisen genomista muokkaus of Hong Kong, että se keskeyttää työnsä.
CRISPR-Cas9: n ansiosta yhdysvaltalainen tiimi on onnistunut tekemään malarialle vastustuskykyisen hyttynen ja aikoo vapauttaa sen luonnossa tämän resistenssigeenin siirtämiseksi koko lajille välttäen siten 500 000 vuosittaista ihmisuhria, jotka liittyvät tähän tautiin.
CRISPR-Cas9 avaa myös tien moniin geeniterapiaratkaisuihin , kuten syövän , kystisen fibroosin , hemofilian tai Alzheimerin taudin parantamiseen . Lyhyesti sanottuna "ihmisten vastustuskyvyn parantaminen" ja pidentää elinikää. Toukokuussa 2017 ensimmäiset hiirille tehdyt AIDS- testit olivat ratkaisevia.
Kiinalaiset tutkijat käyttivät Crispr-Cas9: tä elokuussa 2016 potilailla, joilla oli keuhkosyöpä . Tämä on ensimmäinen kerta, kun Crispr-valmistetta on käytetty aikuisilla ihmisillä. Lu Sichuanin Kiinan onkologi Lu You yrittää muokata T-soluja Crispr-potilailla. Syöpään T-solut eivät hyökkää kasvainsoluihin, koska ne eivät pysty erottamaan niitä terveistä soluista. Kiinalaiset tutkijat poimivat potilaasta T-lymfosyytit ja yrittävät sitten käyttää Crispr-Cas9: tä "leikkaamaan" tietyn PD-1- nimisen geenin . Geneettisesti muunnettu solu lisääntyy in vitro , ja kokonaisuus ruiskutetaan takaisin potilaaseen (katso myös kimeerinen antigeenireseptori ja adoptiivinen solunsiirto ).
Yhdysvalloissa vastaava oikeudenkäynti odottaa FDA: n, amerikkalaisen terveyspoliisin, lupaa. Valtuutus voisi saapua vuoden loppuun mennessä.
Crispriin erikoistunut ja Bill Gatesin rahoittama nuori amerikkalainen yritys haluaa myös suorittaa ensimmäiset kokeilunsa ihmisillä harvinaisen silmiin vaikuttavan sairauden voittamiseksi.
Vuonna 2017, CRISPR-Cas9 tekniikka mahdollisti myös merkittäviä edistysaskeleita adoptiivisessa solujen siirto hoitojen in immunologian helpottamalla uudelleenohjelmointi immuunisolujen kanssa alkuperäistä terapeuttista menestys.
Luonnossa vuonna 2017 julkaistussa artikkelissa Pittsburghin yliopiston tutkijat käyttivät CRISPR-tapausta.9 muokkaamaan syöpäsolujen DNA: ta suoraan viruksen avulla. Hiirikokeet ovat osoittaneet kasvainten vähenemisen vahingoittamatta terveitä soluja. Tutkimuksen lopussa kaikki hoidetut hiiret olivat vielä elossa toisin kuin vertailuryhmässä, jossa kaikki hiiret olivat hukkuneet.
Vuonna 2019 päinvastoin syöpää ( sarkoomaa tai multippelia myeloomaa ) sairastavien potilaiden T-lymfosyyttien DNA muutettiin CRISPR-Cas9: n ansiosta. Operaatio sisälsi geenien sammuttamisen reseptorille, jonka syöpäsolut aktivoivat estämään immuunijärjestelmän, ja toisella reseptorilla, joka voi estää syöpäsolujen kohdistamista.
Kasvilajikkeiden luomiseen ja parantamiseen on käynnissä monia sovelluksia .
CRISPR / Cas9-järjestelmän käyttö lajikevalinnassa antaa mahdollisuuden nopeuttaa ja parantaa huomattavasti uusien lajikkeiden tekijöiden tällä hetkellä käyttämiä menetelmiä.
Tautien poikkeamaehtoja vehnän , riisin ja kurkku ovat jo olemassa. Kypsyminen on tomaatti voidaan parantaa. Tulevaisuudessa voi kehittyä monia muita sovelluksia, kuten abioottisten stressien (kuivuus, suolapitoisuus, lämpötila jne.) Sietokyvyt, parantuneet laatutekijät (ravintoyhdisteet) jne.
Joulukuussa 2015 Jennifer Doudna itse ilmaisi pelkonsa.
Columbian yliopiston ( Yhdysvallat ) tutkijat varoittavat kahden hiiren havaituista tuloksista . Geneettisen sokeuden hoitaminen onnistuneesti CRISPR Cas9: n avulla näillä kahdella jyrsijällä oli hoidon jälkeen 1500 odottamattomaa mutaatiota koko genomissaan suunniteltujen interventioalueiden ulkopuolella. Huolestuttavampaa on, että CRISPR-Cas9 olisi aiheuttanut 100 DNA-sekvenssin insertiota tai deleetiota. Genomin muokkaamisen jälkeen hiiret eivät näytä kärsivän tietyistä patologioista, mutta nämä mutaatiot ovat mahdollisesti vaarallisia ja voivat aiheuttaa syöpää tai muita geneettisiä sairauksia. Tutkimuksen julkaisemista seuraavalla viikolla tutkijat kuitenkin korostivat tutkimuksessa esiintyviä virheitä, mukaan lukien virheiden tunnistaminen mutaationa, jotka johtuvat itse asiassa luonnollisista eroista, tutkittujen eläinten vähäisestä määrästä sekä virheistä geenien tunnistamisessa. Intellia Therapeuticsin ja Editas Medicinein tutkijat tuomitsevat tulokset ja pyytävät julkaisun peruuttamista: "On selvää, että kirjoittajat eivät ole asiantuntijoita CRISPR Cas9: ssä, genomin sekvensoinnissa tai perugeneetiikassa. Heidän "odottamattomien mutaatioiden" tunnistaminen osoittaa selvästi heidän tieteellisen näkemyksensä puuttumisen tästä aiheesta. "
Kansallinen terveys- ja lääketieteellinen tutkimuslaitos kehittää eettisen komitean helmikuussa 2016 päivätyssä muistiossa genomin muokkaustekniikkaa koskevaa lausuntoaan. Kohdassa numero 5 Inserm muistuttaa, että genomin muokkauksessa lääke koskettaa filosofisempaa kysymystä. Genomin muokkaaminen aiheuttaisi jännitystä elävien esineiden plastisuudesta ja ajatuksesta biologisesti muuttumattomasta ihmisluonnosta. Hän haluaa siis pohtia kysymystä.
Kansainvälinen bioetiikkaneuvoston (IBC) Unescon on vaatinut keskeyttämään ”tekniikoita muokkaamalla DNA ihmisen sukusolujen, jotta vältetään” epäeettistä muunnos ”periytyviä ominaisuuksia yksilöiden, joka voisi palauttaa eugeniikka”. Unesco ehdottaa vuoden 2015 raportissaan myös yleistä ennalta varautumisen periaatetta (ehdotus 105).
14. helmikuuta 2017 "Yhdysvaltain tiedeakatemian ja Yhdysvaltojen lääketieteellisen akatemian yhteinen raportti nosti tabun" koskien näitä haittoja "tukemalla tämän työkalun käyttöä ihmisen alkion geneettisen materiaalin muokkaamiseen, vaikka se tarkoittaa, että nämä muutokset välitetään hänen tuleville jälkeläisilleen.
“CRISPR-sarjat” ovat jopa saatavilla Internetissä hintaan 150 dollaria. CIA: n raportissa CRISPR-Cas9 luokiteltiin mahdollisiksi "joukkotuhoaseiksi". Biohacker kuten Josiah Zayner perusti yrityksen vuonna 2016 Kaliforniassa markkinoille tämäntyyppisiä sarjat, joka aiheuttaa oikeudellinen taistelu.
Joulukuussa 2020 yli 150 kansainvälistä kansalaisjärjestöä vaatii "geenivoiman keskeyttämistä".