Anvendelse av genteknologi i vitenskapelig forskning
- Gene knockout
Å studere funksjonen til en eller annen
For knockout blir det samme genet eller dets fragment syntetisert, modifisert slik at genproduktet mister sin funksjon. Hovedimplementeringsmetoder: sinkfinger, morpholino og TALEN.
For å få knockout mus, oppnåddDen genetisk konstruerte konstruksjonen blir introdusert i embryonale stamceller, hvor konstruksjonen gjennomgår somatisk rekombinasjon og erstatter det normale genet, og de endrede cellene blir implantert i surrogatmors blastocyst. I fruktflua initieres Drosophila-mutasjoner i en stor populasjon, hvor avkom med ønsket mutasjon deretter blir søkt. Planter og mikroorganismer blir slått ut på en lignende måte.
- Kunstig uttrykk
Et logisk tillegg til knockout erkunstig uttrykk, det vil si tilsetning av et gen til kroppen som det ikke hadde før. Denne gentekniske teknikken kan også brukes til å studere genfunksjon. I hovedsak er prosessen med å introdusere flere gener den samme som for knockout, men eksisterende gener blir ikke erstattet eller skadet.
- Genproduktvisualisering
Brukes når oppgaven er å studerelokalisering av genproduktet. En av taggingsmetodene er å erstatte det normale genet med et smeltet sammen med et reporterelement, for eksempel med det grønne fluorescerende proteingenet GFP. Dette proteinet, som fluorescerer i blått lys, brukes til å visualisere produktet av genetisk modifikasjon.
Selv om denne teknikken er praktisk og nyttig, er bivirkningenekonsekvensene kan være delvis eller fullstendig funksjonstap av proteinet som studeres. En mer sofistikert, om enn ikke så praktisk, metode er å tilsette proteinet som studeres, ikke så store oligopeptider som kan påvises ved bruk av spesifikke antistoffer.
- Undersøkelse av uttrykksmekanismen
I slike forsøk er oppgaven å studerebetingelser for genuttrykk. Ekspresjonsfunksjoner avhenger først og fremst av et lite stykke DNA som ligger foran den kodende regionen, kalt en promoter, som tjener til å binde transkripsjonsfaktorer.
Dette nettstedet blir introdusert i kroppen ved å plassere etteri stedet for sitt eget reportergen, for eksempel GFP eller et enzym som katalyserer en lett påvisbar reaksjon. I tillegg til det faktum at funksjonen til promotoren i visse vev på en eller annen gang blir tydelig synlig, tillater slike eksperimenter å undersøke strukturen til promoteren ved å fjerne eller legge til DNA-fragmenter i den, samt kunstig forbedre funksjonene .
Hvorfor er menneskelig genteknologi nødvendig?
Når det brukes på mennesker, kunne genteknologibrukes til å behandle arvelige sykdommer. Imidlertid er det teknisk sett en signifikant forskjell mellom å behandle pasienten selv og å endre genomet til hans avkom.
Oppgaven med å endre det voksne genometer noe mer komplisert enn å avle opp nye genetisk konstruerte dyreraser, siden det i dette tilfellet er nødvendig å endre genomet til mange celler i en allerede dannet organisme, og ikke bare ett embryonalt egg. For å gjøre dette foreslås det å bruke virale partikler som vektor.
Вирусные частицы способны проникать в en betydelig prosentandel av voksne celler, som legger inn arvelig informasjon i dem; kontrollert reproduksjon av viruspartikler i kroppen er mulig. Samtidig, for å redusere bivirkninger, prøver forskere å unngå å introdusere genetisk konstruert DNA i cellene i kjønnsorganene, og dermed unngå innvirkningen på pasientens fremtidige etterkommere.
Det er også verdt å merke seg den betydelige kritikken av denne teknologien i media: utvikling av genetisk konstruerte virus oppfattes av mange som en trussel mot hele menneskeheten.
Ved hjelp av genterapi er det mulig i fremtiden å endre det menneskelige genomet. For tiden er effektive metoder for å modifisere det menneskelige genomet på utviklingsstadiet og tester på primater.
Lang tid genteknologi av apermøtte alvorlige vanskeligheter, men i 2009 ble eksperimentene kronet med suksess: en publikasjon dukket opp i tidsskriftet Nature om vellykket bruk av genetisk konstruerte virale vektorer for å kurere en voksen hannape for fargeblindhet. Samme år ble den første genmodifiserte primaten (dyrket fra et modifisert egg) fødte avkom. - vanlig silkeaper (Callithrix jacchus).
Selv om det er i liten skala, har genteknologi allerede gjort detbrukes til å gi kvinner med visse typer infertilitet en sjanse til å bli gravide. Egg fra en frisk kvinne brukes til dette. Som et resultat arver barnet genotypen fra en far og to mødre.
Imidlertid muligheten for å innføre mer betydeligendringer i det menneskelige genomet står overfor en rekke alvorlige etiske problemer. I 2016 mottok en gruppe forskere i USA godkjenning for kliniske studier av en kreftbehandlingsmetode ved bruk av pasientens egne immunceller, som er genetisk modifisert ved bruk av CRISPR / Cas9-teknologi.
På slutten av 2018 ble to barn født i Kina,hvis genom ble kunstig endret (CCR5-genet ble slått av) på embryonalstadiet ved hjelp av CRISPR/Cas9-metoden, som en del av forskning utført siden 2016 for å bekjempe HIV. En av foreldrene (faren) var HIV-smittet, og barna er ifølge uttalelsen født friske.
Siden eksperimentet var uautorisert (førDerfor ble alle slike eksperimenter på menneskelige embryoer bare tillatt i de tidlige stadiene av utviklingen med den påfølgende ødeleggelsen av det eksperimentelle materialet, det vil si uten implantasjon av embryoet i livmoren og fødselen av barn), gjorde forskeren som var ansvarlig for det. ikke gi bevis for uttalelsene hans, som ble gjort på en internasjonal konferanse om genomredigering.
I slutten av januar 2019 bekreftet de kinesiske myndighetene offisielt fakta i dette eksperimentet. I mellomtiden ble forskeren forbudt å delta i vitenskapelige aktiviteter, og han ble arrestert.
Hvordan redigeres det menneskelige genomet?
- Metode for sinkfingre
"Sinkfingre" finnes også i komposisjonenhumane proteiner. Takket være denne metoden er det mulig å utforme ZFN-kjeden slik at den gjenkjenner en bestemt del av DNA. Dette gjør det mulig å målrette mot spesifikke områder innen komplekse genomer.
Sinkfingerdomener finnes ihumane transkripsjonsfaktorer - proteiner som regulerer prosessen med RNA-syntese med DNA-malen. Når du lager kunstige nukleaser, er det mulig å konstruere en kjede av "sinkfingre" slik at den vil gjenkjenne en bestemt del av DNA.
Hvis en slik kjede er lang nok, detkan gjenkjenne relativt utvidede DNA-sekvenser bestående av et antall trinukleotidfragmenter. Dette betyr en reell mulighet for målrettet innvirkning på bestemte områder innen store komplekse genomer.
Imidlertid avslørte "sinkfinger"-metoden ogsåalvorlige ulemper: For det første er dette ikke en veldig streng gjenkjennelse av trinukleotidrepetisjoner, noe som fører til et merkbart antall DNA-spaltinger i "ikke-mål"-regioner.
For det andre viste metoden seg å være veldig arbeidskrevende ogdyrt, siden det for hver DNA-sekvens er nødvendig å lage sin egen optimaliserte proteinstruktur av sink-finger-nukleaser. Derfor er ikke systemet "sinkfingre" utbredt.
- TALEN
I 2011 kalte tidsskriftet Nature Methods systemetTALEN (Transkripsjonsaktivator-lignende Effector Nucleases) "Årets metode" på grunn av et bredt spekter av mulige applikasjoner innen forskjellige områder av grunnleggende og anvendt vitenskap.
TALEN er en av metodene for direkte applikasjonbryte i DNA med påfølgende "helbredelse" - for å slå av gener hos mus. Umiddelbart etter dem ble denne teknologien brukt til å introdusere en mutasjon i musens genom, noe som førte til utvikling av et av de arvelige syndromene. Forfatterne av metoden for modellering av genetisk bestemte sykdommer klarte ikke bare å "ødelegge" musens genom, men også å korrigere det.
- CRISPR / Cas9
Metoden gir en nøyaktig effekt på spesifiserte DNA-regioner og kan brukes i nesten ethvert moderne molekylærbiologisk laboratorium.
Dette systemet er basert på spesielle områderbakterielt DNA - CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, eller short palindromic cluster repeats). Disse repetisjonene er atskilt med avstandsstykker - korte fragmenter av fremmed DNA. Sistnevnte er innlemmet i genomet etter at DNA rekombinerer med genomet.
Eksempler på redigering av mennesker
- Genomredigering rett i kroppen
Sykdom hos 44 år gammel bosatt i Arizona, BrianMado manifesterte seg i tidlig barndom. Det er uhelbredelig og arves hovedsakelig av menn. Mukopolysakkaridose type II er en metabolsk lidelse: mennesker med den har en mutasjon i et gen som er ansvarlig for produksjonen av et enzym som er involvert i nedbrytningen av komplekse karbohydrater. Som et resultat akkumuleres de i celler og forårsaker mange organpatologier.
Mannen bestemte seg for å delta i klinikkentester en ny metode - genterapi. Dette er bare den første fasen av studien, og før registrering av terapi (det vil si før tillatelse til å bruke denne metoden for alle pasienter med Hunter syndrom), må det være tre av dem.
Metode brukt i Brians tilfelleMado lar deg redigere genomet direkte i menneskekroppen – og samtidig målrette nøyaktig mot en bestemt del av DNA. Redigering skjer ved bruk av såkalte "sinkfingre."
- Genmodifiserte barn
Den kinesiske forskeren He Jiankui redigerte genomene til menneskelige embryoer før in vitro-befruktning, og resulterte i to barn med endret DNA.
CRISPR / Cas9 systemforskerredigerte genomene til syv parembryoer under reproduksjonsbehandling. Som et resultat av et av svangerskapene ble to tvillingjenter med endret DNA født fra en sunn mor og en HIV-infisert far. Han Jiankui forklarte at han fjernet CCR5-genet fra barn, noe som ga dem livslang immunitet mot HIV.
- Returvisjon med genterapi
For å gjenopprette synet kan optogenetiske teknologier brukes, ved hjelp av hvilke neurons arbeid kan kontrolleres ved hjelp av lysfølsomme proteiner fra bakterier og laserblink.
Veiledet av denne ideen har biologer opprettet et virus,som kan trenge inn i ganglioniske nevroner. Disse nervecellene er ansvarlige for å overføre signaler fra netthinnen til den menneskelige hjerne. Et virus som kommer inn i ganglionisk nevrose, får det til å produsere lignende signalmolekyler. Imidlertid gjenoppretter denne prosedyren ikke synet av seg selv, siden bakteriene proteiner reagerer på lys annerledes enn stengene og kjeglene i netthinnen.
For å løse dette problemet, Basel-professorenBotond Rosca University og University of Pittsburgh professor José Sahel har laget spesielle briller som forvandler det innkommende bildet til et format som er forståelig for hjernen og stimulerer ganglionceller med laserblink. Som et resultat kan pasienten se silhuettene av store gjenstander og gjenstander og utføre andre komplekse handlinger.
Les mer:
Forskere har testet teorien om panspermi ved tardigrader: de kan reise i verdensrommet
Forskere har funnet ut at superberiket gull dannes som yoghurt
Liten hydrogenmotor erstatter kolleger fra fossilt brensel