CRISPR, ein Kind der modernen Biologie, wachsen nicht nach Tagen, sondern nach Stunden. Er stieg aus dem unklaren Teil der schützenden bakteriellen Immunsystems in das Werkzeug für die Behandlung von genetischen Krankheiten, die Verbesserung von Mikroorganismen, Verbesserung der Produktion von Lebensmitteln und zur Schädlingsbekämpfung. Seitdem Wissenschaftler haben auf die Bewaffnung dieses Tool zum Bearbeiten von Genen und begannen, Sie auf den säugetier-Zellen, CRISPR war забаррикадирован für die Zellmembranen. Die Technologie der Editierung der Gene wirkt seine Magie, abschneiden der Stücke von fehlerhaften DNA haftende und gesunde Ersatz. Alle diese Aktionen durch Ausschneiden und einfügen von Segmenten wurden in lebenden Zellen. Bis jetzt.
In der vergangenen Woche in der Zeitschrift CRISPR Journal wurde eine Studie veröffentlicht, endlich loslassen CRISPR von seiner Zelle im Gefängnis. Ersetzen Sie die Komponente «Schere» CRISPR einer alternativen Version, die Wissenschaftler aus dem Institut für editing-Gene in Delaware eine neue CRISPR-System, das den Schnitt frei schwimmende DNA in vitro.
Für die Hilfe bei der Durchführung von Reaktionen Reagenzglas gefüllt zellextrakten: Satz von Enzymen und anderen Biomolekülen, die für die Arbeit CRISPR.
Was ist der Durchbruch?
Diagnostische Wunder
Zwingen CRISPR arbeiten außerhalb des Käfigs zu sein scheint eine seltsame Akademische Aufgabe, sondern bei der Entwicklung des Systems die Wissenschaftler hielten im Kopf zwei bestimmte Ziele.
Erstens, dieses Tool ermöglicht es Wissenschaftlern, tun gleichzeitig mehrere genetische Rahmen, während die vorherigen Versionen waren begrenzt der Bearbeitung der DNA innerhalb eines Gens. Das ist eine gute Nachricht für die personalisierte Medizin, insbesondere für die Diagnose von Krebs; viele Arten von Krebs sind Mutationen in mehreren Bereichen, die verantwortlich für eine unterschiedliche Behandlung unterschiedlich.
Vor Beginn der Behandlung die ärzte oft senden биопсийный Probe des Tumors eines Patienten auf DNA-Sequenzierung. Dieser wichtige Schritt hilft bei der Identifizierung eine Vielzahl von genetischen Mutationen, die zu Wachstum oder die Verbreitung von bestimmten Tumoren.
Mit dem neuen Werkzeug können die Wissenschaftler genau imitieren diese Mutationen in den synthetischen DNA-Fragmenten in vitro, in der Tat wieder Krebs in einer sicheren, kontrollierten Umgebung. Es gibt Wissenschaftler Zugang zu den biologischen Methoden, Mutationen betroffenen, und kann dazu beitragen, eine personalisierte Behandlungsstrategie.
Was noch mehr beeindruckt, ist diese Art der Diagnose können Sie verbringen nur einen Tag. «Dies ist besonders wichtig für die Diagnose im Zusammenhang mit Krebs, wenn die Rechnung geht an die Minuten oder Stunden», sagt der Autor der Studie, Dr. Eric Кмиец.
Кмиец nicht der erste sah in CRISPR-Diagnose-Tool. Über die Tatsache, dass neben der Gentherapie CRISPR kann kraftvoll zeigen sich in der Diagnose, war schon lange klar. Früher haben wir geschrieben, dass zwei Gruppen von Wissenschaftlern Tests DETECTR und SHERLOCK, die effektiv Jagd auf Viren Zeke, Dengue-Fieber oder einer gefährlichen HPV-Stämme, die dazu führen, dass Krebs des Gebärmutterhalses.
Кмиец behauptet, dass seine Erfindung erfordert «deutlich» weniger Zeit, um zu bestätigen Krebs außerhalb des Körpers, vor allem wegen der Fähigkeit, mehrere Redaktionen gleichzeitig.
Erkannte das Potenzial und die Rentabilität CRISPR wie Diagnose-Tool, Кмиец und seine Kollegen bereits auf der Suche nach Geschäftspartner für die Entwicklung der Technologie «CRISPR-on-a-Chip» für die Diagnose von Krebs.
Wenn beiseite unmittelbare Anwendung, ein Team von Wissenschaftlern hofft auch erweitern die therapeutischen Möglichkeiten CRISPR bis viel mehr als eine Reihe von Krankheiten des Menschen. Die vorhandenen Werkzeuge CRISPR sind ideal für die Behandlung von Krankheiten, die durch Mutationen in einem gen, wie Sichelzellenanämie oder Chorea Huntington. Aber da die Arbeit Кмиеца zielt auf mehrere Gene gleichzeitig, es kann potentiell dazu führen, dass die Behandlung von Krankheiten mit einem komplexen genetischen Herkunft — mehrere Mutationen in vielen Genen — wenn diese gut charakterisierten Mutationen.
Durch die Linse
Isolierung in vitro CRISPR hat und ein anderes Plus: es ermöglicht es Wissenschaftlern, genau zu verstehen, was passiert vor, während und nach der Bearbeitung. Und da klinische Studien CRISPR aktiv gefördert werden, ist es wichtig zu verstehen, wie man die Technologie genauer und effektiver.
CRISPR schon viel erreicht, aber unbequeme Wahrheit ist, dass die Wissenschaftler noch nicht ganz sicher, wie das Instrument funktioniert, der Einstieg in die Zelle. Als Werkzeuge interagieren mit anderen биокомпонентами in der Zelle? Er schneidet nur die Ziel-DNA oder seine Schere hausieren gehen können unter bestimmten Umständen?
«Wenn Sie mit CRISPR innerhalb der Zellen, Sie arbeiten in der BLACK Box, in der nicht beobachten können Mechanismen, die diese atemberaubende Dinge», sagt Кмиец. «Sie sehen die Ergebnisse, das heißt der Veränderung der Gene, sondern wie Sie dazu gekommen sind — nicht unbedingt, und das ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Sicherheit CRISPR zur Behandlung von Patienten».
Einschränkung CRISPR einer Reihe von biochemischen Reaktionen in-vitro-Test, schlagen die Wissenschaftler eine Möglichkeit zu prüfen, die komplexen molekularen Interaktionen, die stattfinden, während der Schnitt der DNA, Austausch von Genen und anderen Prozessen. Ansatz — ausschließlich reduktionistische. Aber er ermöglicht azelluläre System funktioniert ähnlich wie Arduino, Experimentieren mit den Möglichkeiten CRISPR und neue biologische Werkzeuge, die schwer vorstellbar.
Substitution
Das Institut für die Bearbeitung der Gene nahezu sofort mit dem Problem konfrontiert, Ihre Entwicklung бесклеточную System.
Gestört war Cas9, Schere Protein, das verwendet in den Systemen CRISPR. Wenn Wissenschaftler замешали es mit von plasmid-DNA — Typ kreisförmigen DNA, die Wissenschaftler oft für die Bereitstellung von Genen in Zellen — in vitro, Protein war absolut inaktiv.
Es stellte sich heraus, dass Cas9 sollte ersetzt werden durch Cpf1 (er Cas12a), ein weiteres Mitglied der wachsenden Bibliothek Cas-Proteinen. Erstmals eröffnet im Jahr 2015, Cpf1 bereits bewiesen Ihren Gunsten bei der Schaffung von transgenen Mäusen und Korrektur von Mutationen, verursacht muskuläre Dystrophie. Nicht so lange her, Cpf1 wurde im System DETECTR zur Bekämpfung von Viren, verursacht Krebs. Bei diesem Protein eine bessere Zukunft: die Firma Editas, редактирующая Gene, zugelassen für die weitere Entwicklung im Jahr 2016.
Der Austausch funktioniert. Das System CRISPR-Cpf1 kam in die Aktion in-vitro-Test. Im Laufe von mehreren Experimenten haben Wissenschaftler bewiesen, dass frei von den Zellen zu wiederholen, kann das System die meisten Redaktionen, die CRISPR leistet innerhalb der Zelle. Bemerkenswert ist, dass die Schere funktioniert etwas nicht so, wie bei Cas9. Wenn Cas9 macht einen Schnitt, er lässt сверхгладкие «обрубленные enden» auf DNA-Cut. Dies erschwert die Eingabe neuer Stücke genetischen Materials. Da die enden sehr glatt, das Instrumentarium erfordert eine genaue Ausrichtung des zu ersetzenden Einheit der DNA, damit er rutschte auf den Platz.
Und im Gegenteil, Cpf1 lässt «klebrige» enden. Diese DNA-Stücke treten wie die Schultern, wie scotch-fähigen Capture-DNA vermischen. Vielleicht gerade deshalb Cpf1 funktioniert besser als Cas9, im Reagenzglas, aber es ist noch zu prüfen.
Das System Кмиеца — nur ein Beispiel dafür, wie weit Fortgeschritten CRISPR. Da CRISPR weiter zu wachsen, seine Entwickler Versprechen uns viel neues, was wir selbst nicht vorstellen können.
CRISPR-on-a-Chip kann ein Werkzeug für die Diagnose von Krebs
Ilja Hel