Просмотров: 2086

Что такое редактирование генома?

Редактирование генома — это способ внесения конкретных изменений в ДНК клетки или организма. Фермент разрезает ДНК на определённом участке. Клетка начинает восстанавливать это повреждение, тем самым внося изменения в последовательности.

Что такое редактирование генома?

  1. Редактирование генома — это метод, используемый для точного и эффективного изменения ДНК внутри клетки.

  2. Метод включает в себя создание разрезов в определенных последовательностях ДНК ферментами, называемыми «сконструированными нуклеазами».

  3. Редактирование можно использовать для добавления, удаления или изменения ДНК в геноме.

  4. Редактируя геном, можно изменить характеристики клетки или организма.

Для чего используется редактирование генома?

Редактирование может быть использовано для изменения генома любого организма.

Редактирование генома можно использовать:

Для исследования: изменения ДНК в клетках или организмах, с целью понять, как они функционируют.

Для лечения болезней: для модификации клеток крови человека, которые затем помещаются обратно в организм. Это помогает в лечении заболеваний, например, лейкемии И СПИДа. Также можно использовать для лечения инфекций и генетических заболеваний (мышечная дистрофия и гемофилия).

В биотехнологии: используется в сельском хозяйстве для генетического изменения культур с целью улучшения урожайности и устойчивости растений к болезням и засухе.

Как работает редактирование генома?

При редактировании генома используется тип фермента, называемый «сконструированной нуклеазой», который разрезает геном в определенном месте.

Конструированная нуклеазы состоят из двух частей:

1. Нуклеазная часть, которая разрезает ДНК. После разреза ДНК в определенном месте клетка начнет естественным образом восстанавливать разрез.

2. Часть, которая предназначена для направления нуклеазы в нужный участок ДНК.

Типы редактирования генома

Небольшие изменения ДНК

Фермент нуклеазы производит разрез в определенном месте ДНК. После этого клетки «узнают» о повреждении и восстанавливают ДНК, соединяя вместе два конца ДНК.

Этот простой процесс редактирования не является на 100% эффективным и часто несколько участков ДНК теряются или «нарастают» вокруг места разреза.

Удаление участка ДНК

Чтобы удалить участок ДНК, используют нуклеазы, которые режут ДНК по обе стороны нужного участка.

После того, как нуклеазы разрезают ДНК, механизм восстановления ДНК клетки распознает повреждение и начинает процесс восстановления. Но есть опасность, что процесс может пойти неправильным образом и концы ДНК соединяться неверно.

Внесение нового участка ДНК

Для вставки нового участка, используется естественная система восстановления ДНК.

В процессе деления клетки, вся ее ДНК копируется так, что можно получить полную копию генома. Если в одной копии ДНК есть разрыв, клетка восстанавливает этот разрыв, используя другую копию в качестве шаблона. Этот процесс гарантирует, что обе копии ДНК в любом случае совпадут.

С помощью редактирования генома можно воспользоваться этой системой восстановления ДНК и «обмануть» клетку, вставив необходимый участок ДНК.

Фермент нуклеазы производит разрез в определенном участке ДНК. После того, как ДНК была разрезана, вводится модифицированный фрагмент ДНК.

Клетка использует модифицированный фрагмент ДНК в качестве шаблона для восстановления повреждения, заполняя разрыв копией, модифицированной ДНК.

Системы редактирования генома

Существует несколько различных типов сконструированных нуклеаз для редактирования генома.

Все они содержат нуклеазную часть, чтобы разрезать ДНК и часть, направленную на нахождение нужного участка ДНК.

Типы нуклеаз отличаются методами распознавания нужной ДНК:

1. РНК-содержащие: содержат короткую последовательность РНК, которая связывается с ДНК-мишенью.

2. На основе белка: содержат белок, который распознает и связывается с ДНК-мишенью.

CRISPR-cas9

CRISPR-Cas9 — самая распространенная, относительно недорогая и эффективная система редактирования генома.

CRISPR переводится как «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами».

CRISPR пример системы, в которой нуклеазная часть, отвечающая за распознавание нужного участка ДНК, разработана на основе белка.

Привязка Cas9 переводится как CRISPR-ассоциированный белок 9. Это та самая нуклеазная часть, которая режет ДНК.

Система CRISPR-Cas9 изначально была обнаружена у бактерий. Бактерии используют эту систему для уничтожения вторгшихся вирусов.

ZFNs

ZFNs переводится как «циано-пальцевые нуклеазы».

ДНК-связывающая часть ZFNs состоит из нуклеаза белкового домена «цинковые пальцы», каждая из которых связывается с тремя основаниями ДНК. Соответствующие комбинации белков цинкового пальца связываются с определенными последовательностями ДНК.

Нуклеазная часть ZFNs, которая режет ДНК, представляет собой нуклеазу FokI.

Таленс

TALENs переводится как «эффекторная нуклеаза, подобная активаторам транскрипции».

ДНК-связывающий домен TALENs состоит из транскрипционных активатор-эффекторных (TALE) доменов.

Существует четыре разных домена TALE, по одному для каждой базы ДНК, поэтому они могут быть сконструированы таким образом, чтобы могли связаться с определенными последовательностями ДНК. Эта система эффективнее и проще, чем ZFN.

Нуклеазная часть TALENs представляет собой нуклеазу FokI.

Перевод