과학 연구에 유전 공학 적용
- 유전자 녹아웃
특정의 기능을 연구하려면
녹아웃을 위해, 동일한 유전자 또는 그것의 파편은 종합되고, 생성물 그래야 변경된다주요 구현 방법은 징크 핑거, 모르폴리노 및 TALEN입니다.
녹아웃 마우스를 얻기 위해 얻은유 전적으로 조작 된 구조는 배아 줄기 세포에 도입되고, 여기서 구조는 체세포 재조합을 거쳐 정상 유전자를 대체하고, 변경된 세포는 대리모의 배반포에 이식됩니다. 초파리에서 Drosophila 돌연변이는 많은 집단에서 시작되어 원하는 돌연변이를 가진 자손을 찾습니다. 식물과 미생물도 비슷한 방식으로 녹아웃됩니다.
- 인공 표현
녹아웃에 대한 논리적 추가는인위적인 발현, 즉 이전에는 없었던 유전자를 신체에 추가하는 것입니다. 이 유전 공학 기술은 또한 유전자의 기능을 연구하는 데 사용될 수 있습니다. 본질적으로 추가 유전자를 도입하는 과정은 녹아웃과 동일하지만 기존 유전자가 대체되거나 손상되지 않습니다.
- 유전자 생성물 시각화
레테르를 붙이기의 1개의 방법은 녹색 형광성 단백질 GFP를 위한 유전자와 같은 보고자 성분도 융합된 것으로 정상적인 유전자를 대체하기 위한 것입니다.청색광에서 형광을 발하는 이 단백질은 유전자 변형의 산물을 시각화하는 데 사용됩니다.
이 기술은 편리하고 유용하지만 부작용결과는 연구 중인 단백질의 기능이 부분적으로 또는 완전히 상실될 수 있습니다. 더 정교하고 편리하지는 않지만, 특정 항체를 사용하여 검출 할 수있는 너무 큰 올리고 펩티드를 연구중인 단백질에 추가하는 방법이 있습니다.
- 표현 메커니즘의 조사
이러한 실험에서 임무는 유전자 발현 조건을 연구하는 것입니다.우선, 코딩 영역 앞에 위치한 DNA의 작은 부분으로, 프로모터라고 합니다전사 인자를 결합하는 역할을 합니다.
이 사이트는 다음에 배치하여 신체에 도입됩니다.예를 들어 GFP 또는 쉽게 감지할 수 있는 반응을 촉매하는 효소와 같은 자체 리포터 유전자 대신. 특정 조직에서 프로모터의 기능이 한 번에 명확하게 눈에 띄게된다는 사실 외에도, 이러한 실험을 통해 DNA 단편을 제거하거나 추가하여 프로모터의 구조를 연구하고 인위적으로 향상시킬 수 있습니다. 그 기능.
인간 유전 공학이 필요한 이유는 무엇입니까?
유전공학을 인간에게 적용하면유전병 치료에 사용됩니다. 그러나 기술적으로 환자를 직접 치료하는 것과 자손의 게놈을 수정하는 것에는 상당한 차이가 있습니다.
성인의 게놈을 변경하는 작업은 새로운 유전자 조작 동물 품종의 개발보다 다소 어려운데,이 경우 난자 배아뿐만 아니라 이미 형성된 유기체의 수많은 세포의 게놈을 변경해야하기 때문입니다.이를 위해 바이러스 입자를 벡터로 사용하는 것이 좋습니다.
바이러스 입자는 성체 세포의 상당 부분을 침투하여 유전 정보를 포함할 수 있습니다. 체내 바이러스 입자의 재생산을 조절할 수 있습니다.동시에 부작용을 줄이기 위해 과학자들은 유전자 조작 DNA가 생식기 세포에 도입되는 것을 피하여 환자의 미래 후손에게 미치는 영향을 피하려고 노력합니다.
미디어에서 이 기술에 대한 상당한 비판도 주목할 가치가 있습니다. 유전자 조작 바이러스의 개발은 많은 사람들이 모든 인류에 대한 위협으로 인식하고 있습니다.
유전자 치료의 도움으로 미래에 인간 게놈을 변경하는 것이 가능합니다.현재 인간 게놈을 변경하는 효과적인 방법이 영장류에서 개발되고 테스트되고 있습니다.
오랫동안 원숭이의 유전 공학은 심각한 어려움에 직면했지만 2009 년 실험은 성공했습니다 : Nature 저널에 성인 수컷 원숭이를 치료하기 위해 유전자 조작 바이러스 벡터를 성공적으로 사용했다는 논문이 게재되었습니다.같은 해에 최초의 유전자 변형 영장류가 출산했습니다. (변형된 달걀에서 자란) 일반적인 마모셋(칼리스릭스 자쿠스).
비록 규모는 작지만 유전공학은 이미특정 유형의 불임 여성에게 임신 기회를 제공하는 데 사용됩니다. 이를 위해 건강한 여성의 난자가 사용됩니다. 결과적으로 아이는 아버지 한 명과 어머니 두 명으로부터 유전자형을 물려받습니다.
그러나 더 중요한 도입 가능성인간 게놈의 변화는 여러 심각한 윤리적 문제에 직면해 있습니다. 2016년 미국 과학자 그룹은 CRISPR/Cas9 기술을 사용하여 유전자 변형된 환자 자신의 면역 세포를 사용하는 암 치료 방법의 임상 시험에 대해 승인을 받았습니다.
2018년 말, 중국에서 두 아이가 태어났습니다.HIV 퇴치를 위해 2016년부터 진행된 연구의 일환으로 CRISPR/Cas9 방법을 사용하여 배아 단계에서 게놈을 인위적으로 변경(CCR5 유전자가 꺼짐)했습니다. 성명서에 따르면 부모 중 한 명(아버지)은 HIV에 감염됐고, 아이들은 건강하게 태어났다.
실험이 승인되지 않았기 때문에(이전따라서 인간 배아에 대한 그러한 모든 실험은 실험 재료의 후속 파괴, 즉 배아를 자궁에 이식하고 어린이의 탄생없이 발달 초기 단계에서만 허용되었습니다. 게놈 편집에 관한 국제 회의에서 발표된 그의 진술에 대한 증거를 제공하지 않습니다.
2019년 1월 말, 중국 당국은 이 실험의 사실을 공식적으로 확인했습니다. 그 동안 과학자는 과학 활동에 참여하는 것이 금지되어 체포되었습니다.
인간 게놈은 어떻게 편집됩니까?
- 아연 손가락 방법
"징크 핑거"는 구성에서 발견됩니다.인간 단백질. 이 방법 덕분에 DNA의 특정 부분을 인식하도록 ZFN 사슬을 설계할 수 있다. 이를 통해 복잡한 게놈 내의 특정 영역을 표적으로 삼을 수 있습니다.
아연 핑거 도메인은 다음에서 발견됩니다.인간 전사 인자 - DNA 주형을 사용하여 RNA 합성 과정을 조절하는 단백질. 인공 뉴클레아제를 만들 때 DNA의 특정 부분을 인식할 수 있도록 "아연 핑거" 사슬을 만드는 것이 가능합니다.
그러한 체인이 충분히 길면다수의 트리뉴클레오타이드 단편으로 구성된 상대적으로 확장된 DNA 서열을 인식할 수 있습니다. 이것은 크고 복잡한 게놈 내의 특정 영역에 대한 표적 영향의 실제 가능성을 의미합니다.
하지만 '징크핑거' 방식도 공개됐다.심각한 단점: 첫째, 이는 트리뉴클레오티드 반복을 매우 엄격하게 인식하지 못하므로 "비표적" 영역에서 눈에 띄는 수의 DNA 절단이 발생합니다.
둘째, 그 방법은 매우 힘들고 어려운 것으로 판명되었습니다.각 DNA 서열에 대해 아연-핑거 뉴클레아제의 최적화된 단백질 구조를 생성해야 하기 때문에 비용이 많이 듭니다. 따라서 시스템 "징크 핑거"는 널리 보급되지 않았습니다.
- 탈렌
2011년 Nature Methods 저널은 이 시스템의 이름을TALEN(Transcription Activator-like Effector Nucleases) "올해의 분석법"은 기초 및 응용 과학의 다양한 영역에서 광범위하게 적용할 수 있기 때문입니다.
TALEN은 표적 적용 방법 중 하나입니다.후속 "치유"와 함께 DNA를 깨뜨리십시오 - 생쥐의 유전자를 끕니다. 그 직후에 이 기술을 사용하여 마우스 게놈에 돌연변이를 도입하여 유전성 증후군 중 하나를 발생시켰습니다. 유전적으로 결정된 질병을 모델링하는 방법의 저자는 마우스 게놈을 "망칠" 뿐만 아니라 이를 다시 수정하는 데도 성공했습니다.
- 크리스퍼 / Cas9
이 방법은 특정 DNA 영역에 정확한 효과를 제공하며 거의 모든 현대 분자 생물학 실험실에서 사용할 수 있습니다.
이 시스템은 특수 영역을 기반으로 합니다.박테리아 DNA - CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats 또는 짧은 회문 클러스터 반복). 이러한 반복은 스페이서에 의해 분리됩니다 - 외래 DNA의 짧은 단편. 후자는 DNA가 게놈과 재조합된 후 게놈에 통합됩니다.
인간 편집 예
- 몸에서 바로 게놈 편집
44세 애리조나 거주자 브라이언의 질병Mado는 어린 시절에 나타났습니다. 그것은 불치이며 주로 남성에게 유전됩니다. 뮤코다당증 II형은 대사 장애입니다. 이 장애가 있는 사람들은 복합 탄수화물의 분해에 관여하는 효소 생산을 담당하는 유전자에 돌연변이가 있습니다. 결과적으로 세포에 축적되어 수많은 장기 병리를 유발합니다.
그 남자는 임상에 참여하기로 결정했습니다.새로운 방법 테스트 - 유전자 치료. 이것은 연구의 첫 번째 단계일 뿐이며 치료법 등록 전(즉, 모든 헌터 증후군 환자에게 이 방법을 사용하도록 허가되기 전)에는 세 가지 단계가 있어야 합니다.
브라이언의 경우에 사용된 방법Mado를 사용하면 인체에서 직접 게놈을 편집할 수 있으며 동시에 DNA의 특정 부분을 정확하게 타겟팅할 수 있습니다. 편집은 소위 '징크 핑거'를 사용하여 이루어집니다.
- 유전자 변형 아동
중국 연구원 He Jiankui는 시험관 수정 전에 인간 배아의 게놈을 편집하여 DNA가 변경된 두 아이를 낳았습니다.
CRISPR / Cas9 시스템 연구원생식 치료 중 7쌍의 배아 게놈을 편집했습니다. 임신 중 하나의 결과로 DNA가 변경된 두 명의 쌍둥이 소녀가 건강한 어머니와 HIV에 감염된 아버지 사이에서 태어났습니다. He Jiankui는 어린이에게서 CCR5 유전자를 제거하여 HIV에 대한 평생 면역을 얻었다고 설명했습니다.
- 유전자 치료로 시력 회복
시력을 회복하기 위해 광유전학 기술을 사용할 수 있으며 이를 통해 박테리아와 레이저 섬광의 빛에 민감한 단백질의 도움으로 뉴런의 작업을 제어할 수 있습니다.
이 아이디어에 따라 생물학자들은 바이러스를 만들었습니다.신경절 뉴런을 관통할 수 있습니다. 이 신경 세포는 망막에서 인간의 뇌로 신호를 전달하는 역할을 합니다. 신경절 신경증에 걸리면 바이러스는 유사한 신호 분자를 생성합니다. 그러나 이 절차는 박테리아의 단백질이 망막의 간상체 및 원추체와 다르게 빛에 반응하기 때문에 자체적으로 시력을 회복하지 못합니다.
이 문제를 해결하기 위해 바젤 교수는Botond Rosca 대학과 피츠버그 대학의 José Sahel 교수는 들어오는 이미지를 뇌가 이해할 수 있는 형식으로 변환하고 레이저 섬광으로 신경절 세포를 자극하는 특수 안경을 만들었습니다. 결과적으로 환자는 큰 물체와 물체의 실루엣을 보고 다른 복잡한 작업을 수행할 수 있습니다.
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