CC BY
106«шушетим-лшигмау» #даш, 2021 / biological sciences
9
BIOLOGICAL SCIENCES
УДК 575
Миргородский Н.А., Кущ Г.А., Огиенко А.И.
студенты 2 курса факультета агрономии и экологии Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Трубилина
г. Краснодар, Российская Федерация DOI: 10.24412/2520-2480-2021-188-9-10 CRISPAR-CAS9 — ВВЕДЕНИЕ, ИСТОРИЯ И ПЕРСЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
Mirgorodsky N.A., Kushch G.A., Ogienko A.I.
2nd year students of the Faculty of Agronomy and Ecology Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilina
Krasnodar, Russian Federation
CRISPAR-CAS9 — INTRODUCTION, HISTORY AND DEVELOPMENT PROSPECTS
Аннотация.
В данной статье рассматривается влияние на генную инженерию прорывной технологии CRISPR-Cas9. Рассмотрим историю создания, новаторство этой технологии, а также перспективы развития этой технологии. Кратко рассмотрим историю генной инженерии. Abstract.
This article examines the impact of the breakthrough CRISPR-Cas9 technology on genetic engineering. Consider the history of the creation, innovation of this technology, as well as the prospects for the development of this technology. A quick look at the history of genetic engineering
Ключевые слова: Генная инженерия, ДНК, геном, вирус, бактерия, технология. Keywords: Genetic engineering, DNA, genome, virus, bacteria, technology.
Люди проектировали жизнь тысячелетиями. С помощью селекции мы улучшали полезные свойства Растений и животных. Мы научились очень хорошо это делать, но никогда не понимали, как именно это работает пока не открыли код жизни — Дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК).
ДНК — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Молекула ДНК хранит биологическую информацию в виде генетического кода, состоящего из последовательности нуклеотидов.
Хоть ДНК и была выявлена 1869 году Фридрихом Мишером, активное исследование начались в 1960-х годах. Ученые облучали растения радиацией, чтобы вызвать случайные мутации в генетическом коде. Идея состояла в абсолютно случайном получении полезного признака. Иногда это даже срабатывала. В 70-е ученые вставляли в бактерии растения и животных, чтобы изучать и менять их для исследований, медицины, сельского хозяйства и просто для забавы. Первое генетически модифицированное животное родилось в 1974, что сделало мышей стандартным средством для исследований, спасших миллионы жизней. В 80-е было найдено коммерческое применение — был выдан патент на микробов поглощающих нефть.
Сегодня множество веществ производится с помощью модифицированных организмов. Например, факторы свертывания крови, гармони роста и инсулин, который до этого приходилось добывать из органов животных.
Первая модифицированная пища появившееся на прилавках появилас на прилавках в 1994. Flavr Savr (также известный как CGN-89564-2; произносится как "ароматизатор"), генетически модифицированный помидор, был первым коммерчески выращенным генетически модифицированным продуктом питания, получившим лицензию на потребление человеком. Он был произведен калифорнийской компанией Calgeneи представлен Управлению по контролю качества пищевых продуктов и медикаментов США. 90-е отметились кратким экскурсом в инженерию человека. Для лечения женского бесплодия зародыши наделили генами трех человек, таким образом впервые родились люди с тремя биологическими родителями. Сегодня существуют лососи акселераты, перекаченные свиньи, лысые цыплята и прозрачные лягушки. Для забавы мы сделали флуоресцентных животных — рыбу зебру можно купить в большинстве зоомагазинах. Все это, конечно очень хорошо, но до недавнего времени изменение генов было крайне дорогим, сложным и занимало много времени. Все изменилось благодаря революционной технологии CRISPAR.
10
BIOLOGICAL SCIENCES / «ШУУШШШУМ-ЛШГМаУ» 2021
CRISPR (от англ. clustered regularly interspaced short palindromic repeats — короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами). Эти последовательности получены из фрагментов ДНК бактериофагов, которые ранее инфицировали прокариот. Они используются для обнаружения и уничтожения ДНК подобных бактериофагов во время последующих инфекций. Следовательно, эти последовательности играют ключевую роль в противовирусной (то есть антифаговой) защитной системе прокариот.
После открытия этой технологии стоимость генной инженерии упало на 99%. Теперь вместо года для эксперимента достаточно нескольких недель. И практически любой может заняться генной инженерией. Сложно передать насколько CRISPAR революционна. Она имеет потенциал изменить человечество навсегда.
История CRISPAR началась за долго до появления человека. Бактерии и вирусы соперничают с самого появления жизни. Так называемые бактериофаги охотятся на бактерии. В океане они убивают 40% от общего числа бактерий каждый день. Вирус делает это вставляя этот генетический код в бактерию для увеличении своей популяции. Бактерии безуспешно пытаются сопротивляется, но в большинстве случаев их защитные механизмы оказываются силком слабыми. Однако, иногда бактерии выживают и тогда они могут активировать одну из самых эффективную противовирусную систему. Они сохраняют часть ДНК вируса в своем генетическом коде в архиве CRISPAR. Здесь она хранится до необходимого момента. Когда вирус снова атакует бактерия создает РНК копию из ДНК архива, далее белок Cas9 сканирует бактерию на предмет вмешательства вируса, сравнивая каждую часть найденного ДНК с архивом. Когда находится 100% соответствие, Cas9 отрезает ДНК вируса, делая его бесполезным, таким образом защищая бактерию. Что характерно Cas9 очень точен.
Революция произошла, когда ученые поняли, что система CRISPR-Cas9 программируема. Вы можете просто дать копию ДНК, которую нужно изменить и помесить систему в живую клетку. Помимо точности дешевизны и простоты использования CRISPR-Cas9позволяет выключать и выключать гены живых клеток и изучать конкретные последовательности ДНК. Этот метод работает с любыми клетками: микроорганизмами, растениями, животными или людьми.
Несмотря на революционность CRISPR-Cas9 для науки еще инструмент первого поколения. Уже сейчас создаются новые инструменты.
В 2015 в статье Nature Communications исследователи описали, как они тестировали двухэтап-ный подход на мышах с человеческим ВИЧ.
Авторы отмечают, что у мышей, получавших антиретровирусную терапию LASER (форма анти-ретровирусной терапии медленного высвобождения длительного действия) с последующим редактированием генов (удаление вирусной ДНК с использованием инструмента редактирования генов, называемого CRISPR-Cas9). Вирус был удален у третей части от общего количества испытуемых мышей. Возможно через несколько десятилетий с помощью системы CRISPR от ВИЧ и других ретро-вирусов.
Систему CRISPR-Cas9 уже пытаются применять для лечения некоторых заболеваний. Пока эти работы находятся на стадии доклинических и клинических исследований, но вполне можно надеяться, что их прогресс не заставит себя ждать. Так, весной 2020 года было объявлено (H. Ledford, 2020. CRISPR treatment inserted directly into the body for first time) о первом введении системы CRISPR-Cas9 напрямую в сетчатку пациента, страдающего от амавроза Лебера — наследственного заболевания, приводящего к потере зрения. А совсем недавно в журнале New England Journal of Medicine были опубликованы результаты успешной коррекции мутаций у пациентов с бета-талассемией (Beta-thalassemia) и серповидноклеточной анемией (H. Frangoul et al., 2020. CRISPR-Cas9 Gene Editing for Sickle Cell Disease and ß-Thalassemia).
CRISPR-Cas9 действительно является прорывом в генной инженерии. Уже сегодня с помощью этой технологии производятся великие научные открытия. В скором бедующем с помощью CRISPR-Cas9 мы сможем избавится от многих, ранее казавшихся неразрешимых проблем в сельском хозяйстве, медицине и даже экономике. Нам нужно продолжать исследовать и модернизировать CRISPR-Cas9. Ведь проектируя ДНК мы проектируем наше будущее.
Список литературы:
1. Makarova, K. S., Wolf, Y. I., & Koonin, E. V. Classification and Nomenclature of CRISPR-Cas Systems: Where from Here?
2. Докинз Р. Эгоистичный ген.
3. Панчин А. Ю. Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей
4. Уотсон Дж. Д. Двойная спираль: воспоминания об открытии структуры ДНК.
5. Щелкунов С. Н. Генетическая инженерия. — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2010.
© Миргородский Н.А., Кущ Г.А., Огиенко А.И.
