För alla dess fantastiska förmåga att ändra gener, mekaniska CRISPR liknar ett elverktyg med en trasig switch. Tänk på det: hela mekanismen av CRISPR byggt i ett provrör, och efter avslutad han var alltid aktiv, aktiverad, fungerar. Efter införandet av djur eller människor, CRISPR börjar vandra hela kroppen i jakten på målet gen som måste ändra eller förstöra, tills du förlorar kraft och som inte metaboliseras av kroppen.
Försvagningen av den kontroll av molekylära verktyg, uppenbarligen inte den perfekta lösningen: han kan vara överambitiös och bryta icke-riktade gener. Och om något går fel, det finns inget direkt sätt att stänga av motorn innan det kommer att orsaka skada.
Tidigare denna månad ett team från University of California i Berkeley försökt att tämja odjuret CRISPR. Använda tekniken för cirkulär permutation, team ombildas till en programmerbar CRISPR verktyg ProCas9 som tyst gömmer sig i cellerna, tills han var vakna av yttre faktorer, till exempel en infektion.
Denna “extra säkerhet” begränsa redigering färdigheter CRISPR en delmängd av celler “för att skära,” säger studiens författare Dr. David savage.
Dessutom, ProCas9 potentiellt kan svara på en logisk ingång, som “och” eller “nej”, vilket innebär att det kommer att aktiveras endast under en viss uppsättning instruktioner, till exempel “denna cell är cancer” eller “denna cell är infekterad” kommer att leda till svar “till offer”, som aktiverar CRISPR och ge honom instruktioner för att klippa av gener som är nödvändiga för överlevnad. Studien publicerades i den ansedda vetenskapliga tidskriften Cell.
Ta kontroll av CRISPR
Låt oss ta en liten recap: CRISPR som ett verktyg för redigering av gener som faktiskt representerar den molekylära Duo. Den första delen, en guide RNA, det är små blodiga hundar som söker målgenen.
När genen är tagna, den andra komponenten Cas9 — aktiveras för att utföra skärning. I motsats till guide RNA, som består av bokstäver, Cas9 är ett protein. Med denna komponent, jag bestämde mig för att spela forskare från Berkeley.
“Det övergripande målet för vårt arbete är att tämja och att använda människor och att ta bort onödiga saker som inte är relaterade till redigering av genomet, säger savage.
Vad kan du göra med protein? Föreställ dig en mycket lång kedja av numrerade bollar (aminosyror), skrynkligt i en komplex tredimensionell struktur. Klipp kedjan och kan arrangera pärlor så att deras position på tråden skiljer sig från den ursprungliga, och lägg dem i en knut eller två, när du åter ansluter protein delarna.
Det är i själva verket gjorde laget. Detta trick kallas en “cirkulär permutation” och omvandlar protein källa så att den har en ny början och slutet — och det veck i en annan form. Det är en stor operation på molekylär nivå, som oftast förstör funktionen av proteinet.
Författarna säger att inte var säker på att det skulle fungera med något så komplext som Cas9.
Överraskande, Cas9 var nästan ett test. Teamet försökte att klippa det på flera ställen innan man hittar nedskärningar att bevara funktion av protein, men i 10% av fallen byggdes Cas9 arbetade nästan samma som den ursprungliga.
Det är en smart sak: när du återansluter protein delar, laget halkade in i en molekylär “gate”, en liten länkare som blockerade den skärande förmåga Cas9, om länkaren har inte brutits.
Vad bröt kedjan? En uppsättning av enzymer, så kallade proteaser.
Proteotoxicity linker
Tänk på proteas som sax för litet protein som flyter i kroppen. Hela familjen: bra hjälp oss att smälta våra biffar och bönor. Men det finns dåliga. Cancer celler, till exempel, pumpa din egen “ondska” proteas, som bryter den omgivande vävnader, främja deras tillväxt. Virus kan också utsöndra virus-proteas som ofta krävs för deras penetration i flera celler och vävnader. Zika och denguefeber är bland dem som använder proteas som ett vapen, och proteaser från att infektera plantera virus bidrar till att förorena potatis och andra grödor.
Proteas men inte klippa till dina önskemål. Snarare, vart och ett av dem är avsedd endast för ett litet antal sekvenser av aminosyror, “postnummer” som den känner igen och nedskärningar.
Detta innebär att laget kan sätta en viss postnummer, motsvarande ett specifikt proteas — till exempel från cancerceller i en Cas9 protein som en länkare. Alltså, länkaren kommer att sänkas endast i de celler som har denna specifika proteas, och kommer därför att ingå i dessa celler. Beroende på guide-RNA kan laget design CRISPR aktiverat för att skära av gener som är nödvändiga för överlevnad — och därmed döda cancer cell.
I denna mening, den nya Cas9 proteiner, som kallas ProCas9 (“pro” på grund av “proteas”), förvandlas till en liten spion maskiner som blivit dödligt efter aktivering.
Killer-altruist
För att testa konceptet, forskare redogjorde för infekterade celler Zeke din nya ProCas9, utrustad med en guide RNA, som tränades till att söka efter gener som stöd liv celler.
På bara en vecka har den nya CRISPR systemet förstört den infekterade celler som “altruistiska skydd.” Friska celler förblev levande och intakt.
Det visade sig att systemet förblev lugn i tider av fred, därför att begränsa genetiska skador till ägaren, säger författarna.
I ett separat experiment, systemet ProCas9 fungerade lika bra, att offra infekterade med West Nile-virus cellerna.
“Även om detta är en mycket tidig proof of concept”, det visar på den tanken att detta kan vara en syntetisk immunförsvaret,” säger studiens författare Benjamin oaks. “Vi har skapat ett protein som upptäcker dolda faror, som kan vara programmerad för något.”
Den nya CRISPR system är osannolikt att störa vårt immunförsvar. En annan fördel med den omstrukturering av protein är att det nya slutar att bättre kunna bära laster, såsom andra DNA ändra enzymer eller indikatorer lyser i mörkret.
Om Cas9 fick en ny supermakt som tillåter oss att spåra var i cellen är ett protein eller ändra uttryck av vissa gener, i stället för att direkt förstöra vårt genetiska material.
Laget från Berkeley hade redan givit flera användningsfall. ProCas9 kommer att vara användbart för molekylära screening eller läkemedel. Eller det kan begränsa omskärelse av DNA definieras celler “efter redigering av den totala leveransen av anläggningen för att målet vävnad eller organ” som kommer att förbättra säkerheten på verktyg, särskilt i en klinisk miljö.
Men det mest intressanta med detta är att vi inte är bundna till den mekanism av CRISPR, som naturen har försett oss. Dessa proteiner kan vara noga optimerad och sätta i ramar, som inte finns i naturen, men med nödvändiga egenskaper för användning i de mänskliga cellerna, forskning eller behandling, säger savage.
Vad är tillämpningen av det nya instrumentet ser du? Berätta för oss om det på vår chatt i Telegram.