CRISPR: un nuovo strumento per la manipolazione del gene

Recentemente gli scienziati hanno trovato un nuovo strumento entusiasmante per progettare il DNA. Il sistema CRISPR non ha nulla a che vedere con la conservazione delle verdure fresche nel frigorifero. È l'acronimo per il nuovo sistema di manipolare il DNA genomico in quasi ogni animale. I ricercatori hanno potuto eliminare o eliminare i geni, reprimere l'espressione genica e regalare i geni per aumentare l'espressione con la tecnologia CRISPR.

È una tecnica molto flessibile che i ricercatori possono utilizzare per modificare facilmente l'espressione dei geni per comprendere meglio la loro funzione.

Che cosa è esattamente CRISPR?

CRISPR significa

ripetizioni palindromiche brevi - un nome incredibilmente noioso per una tecnologia emozionante. Perché il nome noioso? È perché, quando furono scoperti alla fine degli anni '80 in batteri, nessuno sapeva quali erano i brevi tratti di DNA ripetuto separati da sequenze casuali del DNA. Erano solo una strana caratteristica nel DNA genomico di alcuni batteri. Ci sono voluti quasi 20 anni, finché Jennifer Doudna, all'Università della California, ha capito che queste sequenze corrispondevano a parti di certi virus virali che hanno infettato i batteri. Come si è scoperto, le sequenze CRISPR erano una sorta di sistema immunitario per i batteri.

Come funziona CRISPR?

Doudna e il suo collaboratore, Emmanuelle Chapentier, alla fine hanno scoperto che, quando infettati da un virus, i batteri che avevano questi brevi pezzi di DNA ripetuti che abbinassero il DNA virale li avrebbero utilizzati per rendere RNA legato al DNA del virus invasivo .

Allora un secondo pezzo di RNA fatto dal DNA casuale che separava le ripetizioni CRISPR interagiva con una proteina chiamata Cas9. Questa proteina cava il DNA del virus e inattiva il virus.

I ricercatori hanno subito capito di poter sfruttare questa capacità di CRISPR di tagliare sequenze specifiche del DNA per eliminare i geni.

Mentre ci sono altre tecniche, come nucleasi di dito di zinco e TALENS che possono essere utilizzati per individuare e tagliare aree specifiche nel DNA genomico, questi approcci si basano su proteine ​​ingombranti per orientare le alterazioni a regioni specifiche del DNA. È difficile progettare e eseguire modifiche su larga scala con un sacco di geni utilizzando questi approcci precedenti.

Cosa rende CRISPR così utile?

Il sistema CRISPR si basa solamente su due brevi pezzi di RNA: uno che corrisponde alla regione del DNA mirata e un secondo che si lega a una proteina chiamata Cas9. In realtà, tuttavia, risulta che entrambi questi brevi pezzi di RNA possono essere combinati in una molecola RNA a due funzioni

singola guida

che entrambi targetano una sequenza specifica del DNA e reclutano la proteina di cletazione Cas9.Ciò significa che la proteina Cas9 e un breve pezzo di RNA che è di 85 basi è tutto ciò che serve per tagliare un DNA in quasi tutte le parti del genoma. È relativamente semplice introdurre il DNA per produrre un singolo RNA guida e la Cas9 proteina quasi tutte le cellule che rendono CRISPR generalmente applicabili.

Tuttavia, il targeting conveniente non è l'unico vantaggio della tecnologia CRISPR rispetto ad altre TALENS e dita di zinco. Il sistema CRISPR è anche molto più efficiente di questi approcci alternativi. Ad esempio, un gruppo a Harvard ha scoperto che CRISPR ha eliminato un gene mirato nel 51% -79% dei casi, mentre l'efficienza TALENS era inferiore al 34%. A causa di questa alta efficienza, un altro gruppo è stato in grado di utilizzare la tecnologia CRISPR per spianare direttamente i geni in topi embrionali per produrre topi transgenici in un'unica generazione. L'approccio standard richiede una coppia di generazioni di allevamento per ottenere la mutazione in entrambe le copie di un gene mirato. Cosa può fare CRISPR?

Oltre all'eliminazione di un gene, alcuni gruppi hanno anche capito che, con poche alterazioni, il sistema può essere utilizzato per altri tipi di manipolazione genetica. Ad esempio, all'inizio del 2013, un gruppo di MIT ha dimostrato che CRISPR può essere usato per inserire nuovi geni nel DNA genomico. Poco dopo, un gruppo a UCSF ha utilizzato una versione modificata del sistema chiamato CRISPRi per reprimere l'espressione di geni bersaglio nei batteri.

Più recentemente, un gruppo di Duke University ha anche creato una variante del sistema per attivare set di geni. Numerosi gruppi stanno ora lavorando anche con le varianti di questi approcci per la visualizzazione di un gran numero di geni in una sola volta per capire quali siano coinvolti in diverse risposte biologiche.

Il nuovo giocattolo lucido dell'ingegneria genetica

Certamente c'è grande emozione su questo nuovo strumento di ingegneria genetica e la corsa per applicarla per una varietà di applicazioni. Tuttavia, ci sono ancora alcune sfide che devono essere superate e, come spesso avviene con le nuove tecnologie, ci vuole un po 'di tempo per spiegare dove sono le limitazioni. I ricercatori di Harvard, per esempio, hanno scoperto che il targeting CRISPR potrebbe non essere altrettanto preciso quanto inizialmente pensato.

L'effetto off-target

del complesso CRISPR può portare a cambiamenti involontari quando si altera il DNA.

Nonostante le sfide, CRISPR ha chiaramente dimostrato enormi potenzialità per facilitare l'alterazione del DNA genomico che aiuterà i ricercatori a capire più rapidamente come funzionano le decine di migliaia di geni del genoma umano. Questo solo ha importanti implicazioni per migliorare il trattamento e la diagnosi di malattie. Inoltre, con sviluppo supplementare, la tecnologia stessa può essere utile per un nuovo tipo di terapia. Può fornire un nuovo approccio alla terapia genica. Tuttavia, questi progressi sono un modo fuori. Per ora, è solo eccitante guardare il rapido sviluppo di questo nuovo strumento di ricerca e pensare ai tipi di esperimenti che può consentire. (Pubblicato: 30 settembre 2013)