Teknologi penyuntingan gen menggunakan sistem CRISPR-Cas9 dapat menyebabkan banyak mutasi yang tidak diingini. Kesimpulan ini dibuat oleh saintis dari Pusat Perubatan Universiti Columbia. "Lenta.ru" membicarakan kajian baru, hasilnya diterbitkan dalam jurnal Nature Methods.
CRISPR / Cas9 adalah mekanisme molekul yang ada di dalam bakteria dan membolehkan mereka melawan virus dengan bakteriofag. CRISPR adalah "kaset" dalam DNA mikroorganisma, yang terdiri dari bahagian berulang dan urutan unik yang disebut spacer. Yang terakhir adalah serpihan DNA virus. Pada dasarnya, CRISPR boleh dianggap sebagai bank data yang mengandungi maklumat mengenai gen agen patogen. Protein Cas9 menggunakan maklumat ini untuk mengenal pasti DNA asing dengan betul dan menjadikannya tidak berbahaya dengan memotong di lokasi tertentu.
Ketepatan CRISPR / Cas9 membolehkannya digunakan sebagai alat penyuntingan gen yang jauh lebih berkesan daripada kaedah yang ada sebelumnya. Para penyelidik memasukkan kaset DNA yang mengandungi gen protein Cas9 dan kawasan yang mengekodkan molekul RNA sasaran (sgRNA) ke dalam sel, di mana perubahan genomnya akan dibuat. Yang terakhir dapat melekat pada lokasi tertentu di genom, menunjukkan ke Cas9 tempat memotong. Anda kemudian boleh memasukkan gen atau kumpulan gen yang dikehendaki ke dalam celah, membuat sel yang diubah suai.
Kelebihan CRISPR / Cas9 adalah bahawa ia dapat membuat perubahan yang tepat, mengurangkan jumlah potongan yang tidak diingini (kesan di luar sasaran) di bahagian lain dari genom. Di samping itu, ia menjimatkan masa dan wang - tidak seperti kaedah lain yang banyak digunakan yang menggunakan enzim nuclease. Sistem CRISPR lebih sesuai untuk situasi di mana beberapa gen yang rosak perlu diperbetulkan sekaligus, kerana hanya memerlukan sintesis sgRNA yang sesuai. Dalam kes nuklease, untuk setiap lokasi DNA tertentu, perlu mengumpulkan enzim spesifiknya sendiri, yang lebih lama dan lebih mahal.
Kredit Gambar Artistik CRISPR / Cas9: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT
Teknologi dengan cepat menjadi popular, bukan sahaja di kalangan saintis, tetapi juga budaya popular. Sebagai contoh, ia muncul dalam plot beberapa episod musim baru The X-Files sebagai senjata pemusnah besar-besaran. Pengarah perisik nasional AS, James Clapper, juga menyatakan keprihatinannya, yang percaya bahawa kejuruteraan genetik adalah ancaman. Walau bagaimanapun, sebarang teknologi berbahaya jika digunakan dengan tidak betul. Sebagai contoh, penggunaan antibiotik yang tidak tepat dan kerap, yang telah menyelamatkan nyawa ratusan ribu orang, mendorong munculnya superbug tahan antimikroba.
Walaupun terdapat fiksyen, CRISPR / Cas9 dengan sendirinya, seperti antibiotik, tidak dapat digunakan sebagai senjata pemusnah orang. Tetapi anda boleh membuat organisma yang diubah, seperti nyamuk, yang akan menyebarkan gen yang rosak pada populasi mereka, yang dapat menyebabkan penurunan yang kuat dalam jumlah serangga penghisap darah. Ahli biologi mendesak untuk berhati-hati dengan aplikasi seperti itu.
Sel imun menyerang pertumbuhan barah Foto: Steve Gschmeissner / Science Photo Library
Video promosi:
Pada masa yang sama, banyak bioteknologi percaya bahawa teknologi itu memungkinkan untuk berjaya merawat penyakit berbahaya, termasuk yang disebabkan oleh sebab genetik. Sebagai contoh, pada akhir tahun 2016, China telah bereksperimen dengan merawat barah paru-paru yang agresif. Sel-sel imun pesakit dikeluarkan dan gen yang menekan memerangi tumor ganas dimatikan. Prosedur pengubahsuaian genom berjaya, dan sel-sel dimasukkan semula ke dalam tubuh pesakit.
CRISPR / Cas9 mempunyai kekurangannya. Oleh itu, DNA yang dipecahkan oleh "gunting" molekul kehilangan sebahagian urutannya, yang menghalang penyuntingan "titik", iaitu penggantian satu nukleotida tunggal. Ahli bioteknologi mencipta versi sistem yang lebih baik dengan mengatasi batasan ini. Sebagai contoh, penyelidik Korea Selatan telah menggabungkan enzim Cas9 dengan protein lain, cytidine deaminase. Ini mengajar CRISPR / Cas9 untuk membuat penggantian nukleotida tunggal.
Namun, ada masalah lain. Faktanya ialah teknologi ini juga dapat memperkenalkan mutasi yang tidak diingini, dan para saintis belum sepenuhnya memahami bagaimana ini dapat dihilangkan. Ketika merawat orang, risikonya masih tinggi: perubahan sampingan pada genom boleh membahayakan kesihatan.
Algoritma tertentu dapat meramalkan di mana dalam genom penggantian yang tidak perlu dapat dilakukan. Mereka berfungsi dengan baik ketika CRISPR mengubah sel atau tisu individu, tetapi tidak digunakan ketika berkaitan dengan organisma hidup.
Struktur CRISPR / Cas9 Foto: Ian Slaymaker / Institut Luas
Sebagai contoh, ahli bioteknologi di Universiti Columbia telah menggunakan teknologi untuk menghilangkan mutasi yang mencetuskan retinitis pigmentosa. Untuk ini, sel kulit diambil dari pesakit dan diprogramkan semula menjadi sel stem. Kecacatan itu kemudian diperbaiki dengan menggunakan kaset CRISPR. Sel-sel yang diubahsuai seperti itu dapat ditukar menjadi sel retina dan ditransplantasikan menjadi pesakit untuk memulihkan penglihatan.
Di samping itu, saintis yang sama mencipta tikus yang diubah secara genetik, yang disuntik dengan CRISPR pada peringkat zigot. Para penyelidik kemudian mengurutkan (menentukan urutan nukleotida) keseluruhan genom tikus. Walaupun CRISPR berjaya membetulkan gen di mana kecacatan itu menyebabkan kebutaan, ia juga memperkenalkan lebih dari 1,500 mutasi nukleotida tunggal dan lebih dari 100 penghapusan (penghapusan bahagian pendek) dan sisipan. Tiada perubahan yang tidak diinginkan ini diramalkan oleh algoritma komputer.
Pengubahsuaian genom adalah kaedah yang baik untuk merawat penyakit keturunan yang kini tidak dapat disembuhkan. Menurut Stephen Tsang, dia dan rakan penulisnya percaya bahawa penting bagi para saintis kejuruteraan genetik untuk mengetahui bahaya bahaya mutasi yang tidak diingini yang timbul ketika mengedit DNA. Mutasi semacam itu merangkumi penggantian nukleotida di kawasan pengekodan genom, dan di kawasan bukan pengekodan, di mana unsur pengatur berada (mereka mengawal aktiviti gen).
Walaupun terdapat mutasi, tikus berjaya. Ahli bioteknologi tetap optimis mengenai terapi gen kerana campur tangan perubatan mempunyai kesan sampingan. Anda hanya perlu tahu apa itu. Pada masa akan datang, ini akan meningkatkan teknologi untuk mengurangkan kesan di luar sasaran.
Alexander Enikeev
