CRISPR против TALEN | Научная медицина
By: Date: Categories: Медицина



Есть примерно 6-10 000 моногенных заболеваний у человека – заболевания, вызванные мутацией в одном гене. Для 95% из них нет лечения, и есть несколько способов лечения. Отчасти поэтому было так много шума, когда в 2013 году была представлена ​​технология CRISPR (исследование восходит к 1987 году, но его использование для генной инженерии было предложено в 2013 году и впервые использовано в 2015 году). Однако конкурирующая технология редактирования генов, ЯЗЫКИ, был введен в 2012, но привлек гораздо меньше общественного внимания. Обе технологии мощны, но имеют разные сильные и слабые стороны и, вероятно, будут дополнять друг друга в будущем.

CRISPR

Я все еще пытаюсь запомнить, что означает аббревиатура CRISPR – кластерные регулярные короткие палиндромные повторы с регулярными интервалами (уф, сделал это, не глядя). Эта генетическая последовательность была обнаружена у бактерий, которые используют ее как часть своей иммунной защиты. CRISPR может нацеливаться на определенные последовательности ДНК и нести фермент в качестве полезной нагрузки. Наиболее распространенным ферментом в сочетании с CRISPR сегодня является Cas9, но есть и другие. Cas9 разрезает ДНК, что в простейшем случае может заставить ген замолчать. Однако это также можно сочетать с механизмами репарации ДНК, используемыми для вставки новых цепей ДНК и, таким образом, выполнения редактирования генов.

Технология CRISPR Cas9 быстро развивается, поэтому трудно сказать, каков весь потенциал этой технологии. Однако он уже использовался для лечения пациентов с серповидно-клеточной анемией и изучается для лечения рака и других применений. Очевидно, что потенциал огромен, даже за пределами медицины, до сельского хозяйства, производства и защиты окружающей среды.

Большим преимуществом CRISPR является то, что он дешев и прост (имеет высокую эффективность) – в 3-6 раз дешевле своего конкурента. Это значительно снизило планку участия лабораторий и компаний в технологиях редактирования генов. Это уже резко увеличивает темпы исследований по редактированию генов и, вероятно, приведет к взрыву генетических методов лечения, особенно с учетом неудовлетворенной потребности генетических заболеваний. CRISPR также можно проще мультиплексировать, решая одновременно несколько целей.

Однако главное ограничение CRISPR состоит в том, что он имеет ограниченную специфичность. Учитывая случайный участок ДНК, CRISPR может найти свою цель только около 70% времени (эффективность 70%). Однако это намного больше, чем у старых методов. Кроме того, существует множество нецелевых эффектов, когда Cas9 будет разрезать ДНК, на которую не нацелен CRISPR. Неясно, насколько клинически значимы эти нецелевые сокращения, но это определенно нежелательно.

Помимо нецелевых эффектов, мы можем думать об ограничениях с точки зрения мозаицизма и гетерогенности аллелей. Мозаицизм относится к тому факту, что не все клетки-мишени будут затронуты. Например, если определенная популяция клеток мыши подвергается воздействию CRISPR-Cas9, только некоторые из них будут иметь отредактированные гены. В зависимости от целевого заболевания это может существенно повлиять на результат. Кроме того, когда расщепленная ДНК репарируется, ее можно репарировать множеством способов, вызывая случайные мутации или приводя к неполному введению желаемой новой ДНК.

Опять же, исследования CRISPR быстро продвигаются, и уже исследователи определили способы сделать реакцию CRISPR более медленной, но более конкретной. Еще неизвестно, какой будет оптимизированная система CRISPR.

ЯЗЫКИ

TALEN означает Эффекторная нуклеаза, подобная активатору транскрипции и функционирует в основном за счет искусственных рестрикционных ферментов. Это ферменты, которые расщепляют ДНК (например, Cas9), но делают это по определенной последовательности ДНК. Подобно системе CRISPR-Cas9, TALEN имеют два домена: один нацелен на ДНК, а другой – на ее расщепление. Технология включает создание специфических рестрикционных ферментов, которые могут воздействовать на любую желаемую последовательность ДНК.

TALEN дороже и требует много времени, чем CRISPR, но, чтобы внести ясность, он все же намного лучше, чем старые методы. Он также менее эффективен, чем CRISPR, влияя примерно на 1 из 140 целевых последовательностей. Однако у него есть большое преимущество – он гораздо более конкретный, с небольшим количеством нецелевых эффектов.

Тем не мение, недавнее исследование показывает, что при определенных обстоятельствах TALEN может быть более эффективным, чем CRISPR. В очень компактных частях генома, так называемом гетерохроматине, эффективность CRISPR значительно снижается. При прямом сравнении исследователи обнаружили, что TALEN в 5-6 раз эффективнее CRISPR в отношении изменений в гетерохроматиновой ДНК.

Эти различия предполагают, что и TALEN, и CRISPR, вероятно, будут использоваться в будущем в качестве дополнительных технологий. Для полноты картины существует также третий вариант, называемый белками Zinc Finger (ZNF), который до сих пор считается одним из современных методов генной инженерии, но он старше, чем TALEN, и, насколько я могу судить, не так хорош по любым стандартным меркам. (оперативность, специфичность, стоимость и время). Он все еще может найти свою роль в будущем, если окажется лучше в определенных приложениях. Все три технологии также продолжают развиваться.

Несмотря на то, что CRISPR, не без оснований, в последнее время получил широкое распространение в прессе, существует несколько технологий редактирования генов с различными сильными и слабыми сторонами, которые, вероятно, будут играть важную роль в медицине в будущем. Наша способность редактировать геном быстро, дешево, эффективно и точно намного больше, чем даже десять лет назад. Последнее десятилетие было явным переломным моментом, и в будущем мы можем ожидать резкого увеличения нашей способности лечить генетические заболевания.

Даже негенетические заболевания, такие как рак, являются потенциальными мишенями для этой технологии. Ранние исследования с использованием CRISPR в качестве формы таргетной противораковой терапии чрезвычайно обнадеживают.

В то же время необходимо внимательно следить за распространением технологий генной инженерии, уделяя особое внимание регулированию для предотвращения опасностей и злоупотреблений. Как и любую передовую технологию, генную инженерию можно использовать как для пользы, так и для злоупотребления с недопустимым риском. Один исследователь-мошенник уже использовал CRISPR для неэтичного редактирования человеческих эмбрионов. Но это вполне решаемая проблема, если мы оба ценим и уважаем силу этой технологии.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *