Инструмент для редактирования генов, известный как CRISPR, быстро становится известен своим потенциалом для лечения болезни, удаляя генетические мутации из ДНК.
Но геномные инструменты, такие как CRISPR, также имеют другие возможности, например, выявление вирусов, таких как лихорадка денге и вирус Зика, а также тяжелых заболеваний, такие как болезнь Паркинсона.
«Я думаю, что общественное восприятие CRISPR очень сфокусировано на идее использования генетического редактирования для лечения болезни. Это, без сомнения, захватывающая возможность, но это всего лишь одна маленькая штука», — сказал Невилл Саньана из Нью-Йоркского центра генома, доцент по биологии, нейробиологии и физиологии в Нью-Йоркском университете.
«Я думаю, что вы увидите много приложений CRISPR в синтетической биологии », — сказал Саньяна.
Естественная система защиты
По своей сути, CRISPR представляет собой естественную систему защиты, которая развивалась в одноклеточных микроорганизмах для борьбы с вторжением вирусов. Ученый оценивает, что для каждой клетки на Земле насчитывается около 10 вирусов, все реплицируется, вставляя их ДНК в механизмы клеток.
Бактерии используют арсенал для борьбы, в том числе CRISPR, который представляет собой набор коротких повторяющихся последовательностей ДНК, разделенные спейсерами, имеющими уникальные последовательности. Бактерии используют его, когда они инфицированы вирусом. Поскольку генетические биты вируса реплицируются внутри бактерий, вступает CRISPR, направляя защиту бактерий к инородному материалу.
Белок в CRISPR разрезает нарушителя, но также собирает короткую ДНК-последовательность от захватчика, которую белок вставляет в CRISPR бактерий в качестве спейсера. Каждый раз, когда вирус вторгается и уничтожается, в CRISPR добавляется новый разделитель.
Когда вирус, который был ранее побежден, пытается вторгнуться, бактерии узнают его и намереваются измельчить захватчика на мелкие кусочки. И когда бактерии сами размножаются, он передает свою систему защиты своим дочерним клеткам.
«Оказывается, вы действительно можете использовать эти свойства, чтобы потенциально разработать очень чувствительное диагностическое устройство, которое могло бы обнаруживать небольшое количество молекул от вирусов в человеческой крови, таких как вирус Зика», — сказал биохимик и эксперт CRISPR Сэм Штернберг, руководитель группы технологий Разработка в Беркли, Калифорния, Карибу Biosciences Inc., которая продвигает новые приложения для CRISPR-технологий.
Читайте также:
Одним из самых последних достижений CRISPR в этой области является инструмент под названием SHERLOCK (который представляет собой особый высокочувствительный энзиматический репортер UnLOCKing). В апреле 2017 года группа исследователей, возглавляемая биоинженером Джеймсом Коллинзом и пионером CRISPR Фэн Чжаном из Большого института Массачусетского технологического института и Гарварда, сообщила, что они запрограммировали молекулу CRISPR для поиска штаммов вирусов Зики и денге в сыворотке крови, моче, слюне, и их удаления.
Исследователи запрограммировали молекулы CRISPR, чтобы высвободить флуоресцентный сигнал, когда они удаляли вирусы, чтобы можно было обнаружить его присутствие. SHERLOCK был настолько чувствителен, что смог отличить американский штамм Зика от африканского штамма и дифференцировать один штамм лихорадки денге от другого.
Коллинз и его команда смогли увидеть присутствие вирусов даже в крайне низких концентрациях — до двух молекул в квинтиллионе.
В отдельном тесте SHERLOCK удалось обнаружить два разных штамма резистентной к антибиотикам пневмонии клебсиелла (Klebsiella pneumoniae).
Затем, в июне 2017 года, команда из Университета Центральной Флориды сообщила в журнале Scientific Reports, что они использовали систему CRISPR для выявления наличия болезни Паркинсона. Это расстройство центральной нервной системы вызывает сбои и гибель нервных клеток в головном мозге и со временем ухудшается, вызывая тремор и проблемы с движением. По данным Фонда болезни Паркинсона, болезнь поражает около 1 миллиона человек в Соединенных Штатах .
Хотя причина неизвестна, количество белка, называемого альфа-синуклеином, обычно находящегося в мозге, возрастает у людей, которые развивают болезнь. Исследователи использовали CRISPR для редактирования гена, который превращает альфа-синуклеиновый белок так, чтобы белок флуоресцировал. Чем больше количество белка, тем сильнее флуоресцентный сигнал.
Ученые сказали, что считают, что они могут использовать этот метод для тестирования новых препаратов для лечения болезни Паркинсона.
«Если мы возьмем одну из этих модифицированных клеток и обработаем ее конкретным лекарством, если он больше не вырабатывает свет, тогда это означает, что препарат является потенциальным лечением этого заболевания», — говорит соавтор исследования Самбуддха Басу, аспирант В Центральной Флориде, говорится в заявлении.
Это все еще самые ранние дни для этих и других биологических инструментов, связанных с CRISPR, и из-за разнообразия иммунных систем у бактерий вполне возможно, что другие инструменты еще не обнаружены, сказал Штернберг.
-
Читайте также:
«Я думаю, что это действительно хороший пример еще одного фундаментального открытия науки, которое привело к потенциальной прорывной технологии», — сказал он.
Современные исследования показывают, что CRISPR, известный инструмент редактирования генома, может быть использован не только для модификации ДНК, но и для выявления вирусов. Врачи и ученые отмечают, что система CRISPR, основанная на механизмах защиты бактерий от вирусных инфекций, может быть адаптирована для диагностики. С помощью специфических направляющих РНК, CRISPR может распознавать вирусные последовательности и активировать флуоресцентные маркеры, что позволяет визуализировать наличие вируса в образцах. Это открывает новые горизонты в диагностике инфекционных заболеваний, позволяя проводить тесты с высокой чувствительностью и специфичностью. Врачи подчеркивают, что такие методы могут значительно ускорить процесс диагностики и улучшить результаты лечения, особенно в условиях пандемий.
CRISPR, известный прежде всего как революционный инструмент редактирования генома, вызывает интерес и в контексте выявления вирусов. Многие ученые отмечают, что система CRISPR может быть адаптирована для диагностики инфекций, включая вирусные. Исследования показывают, что с помощью CRISPR можно быстро и точно обнаруживать специфические последовательности вирусной ДНК или РНК. Это открывает новые горизонты в области диагностики, позволяя выявлять вирусы на ранних стадиях и даже в условиях ограниченных ресурсов. Однако, несмотря на многообещающие результаты, эксперты подчеркивают, что необходимы дополнительные исследования для оптимизации и проверки надежности таких методов. В целом, CRISPR может стать важным инструментом в борьбе с вирусными инфекциями, но его применение требует тщательной оценки и доработки.
Вопрос-ответ
Как работает CRISPR простыми словами?
CRISPR представляли собой «иммунную систему» бактерий. При заражении вирусом активируется CRISPR РНК. Она с помощью связанных с CRISPR белков (cas-нуклеазы) ищет «записанную» о вирусе информацию. При обнаружении совпадения cas-нуклеаза «разрезает» ДНК вируса.
Что такое геном вируса?
Что такое геном? Геном — это весь материал, который несет наследственную информацию клетки или вирусной частицы. Он существует как хромосомы, ДНК , или РНК в случае РНК-вирусов.
Что значит генетические ножницы?
«Генетические ножницы» – это инструмент, который позволяет исправить ошибку в ДНК. Методика реализуется с помощью специального бактериального белка Cas9, выделенного из бактерии Streptococcus pyogenes. Его можно направить на поиск и разрезание любого желаемого фрагмента ДНК.
Что такое спейсер в системе CRISPR-Cas?
CRISPR (от англ. Clustered regularly interspaced short palindromic repeats — короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами) — особые локусы бактерий и архей, состоящие из прямых повторяющихся последовательностей, которые разделены уникальными последовательностями (спейсерами).
Советы
СОВЕТ №1
Изучите основы технологии CRISPR, чтобы лучше понять, как она может быть применена для выявления вирусов. Это поможет вам оценить ее потенциал и ограничения в диагностике инфекционных заболеваний.
СОВЕТ №2
Следите за последними исследованиями и публикациями в области геномной редакции и вирусологии. Научные достижения в этой области происходят быстро, и новые методы могут значительно улучшить диагностику вирусов.
СОВЕТ №3
Обсуждайте с медицинскими специалистами и исследователями возможности использования CRISPR в клинической практике. Это может помочь вам получить актуальную информацию о применении этой технологии в борьбе с вирусными инфекциями.
СОВЕТ №4
Участвуйте в вебинарах или конференциях по биотехнологиям и вирусологии, чтобы расширить свои знания и установить контакты с экспертами в этой области. Это может открыть новые горизонты для понимания применения CRISPR в выявлении вирусов.
-
Читайте также:
