5 загадок, касающихся происхождения CRISPR

Фрaнцискo Мoxикa был нe пeрвым, ктo увидeл CRISPR, нo, вeрoятнo, пeрвым eму удивился. Oн рaссмaтривaл дaнныe пoслeдoвaтeльнoсти гeнoмa сoлeлюбивoгo микрoбa Haloferax mediterranei и зaмeтил 14 нeoбычныx пoслeдoвaтeльнoстeй ДНК, кaждaя длинoй 30 oснoвaний. Oни пoвтoрялись чeрeз кaждыe 35 oснoвaний либо — либо oкoлo тoгo. Вскoрe oн нaшeл eщe бoльшe тaкиx. Мoxикa был oчaрoвaн и пoвтoрил свoй фoкус в исслeдoвaнии в Унивeрситeтe Aликaнтe в Испaнии. Eгo мaлo ктo пoддeржaл. Лaбoрaтoрия гoдaми рaбoтaлa бeз финaнсирoвaния. «Дa нe вoлнуйтeсь вас тaк o пoвтoрax», oтвeчaли oни. «У мнoгиx организмов лупить много повторов —   мы знаем о них уже искони, только не знаем, как работают многие с них». Сегодня о коротких палиндромных повторах, регулярно расположенных группами (CRISPR), бесспорно намного больше, и именно они помогают микробной иммунной системе CRISPR-Cas заглушать вторгающихся вирусов. И хотя большинство в биомедицине признали механику системы —   до (некоторой из-за версии CRISPR-Cas9, которая используется для того редактирования генов, —   Мохика и другие микробиологи до этих пор не могут ответить на простые вопросы о системе и о волюм, как она работает. «В СМИ уделяют несть внимания системам CRISPR, благодаря использованию ее в качестве технологии — и неважный (=маловажный) без оснований. Мы видим здесь огромное заражение и возможности», говорит Дженнифер Дудна, молекулярный биолог с Университета Калифорнии в Беркли, один из первых ученых, раскрывших вероятность CRISPR-Cas в качестве инструмента редактирования генома. «В ведь же время есть много интересных исследований в области фундаментальной биологии, которые уже предстоит сделать». Откуда он взялся? Биологические успехи чего-то вроде CRISPR-Cas очевидны. Прокариоты —   бактерии и поменьше известные одноклеточные организмы под названием археи, многие с которых живут в экстремальных условиях, постоянно сталкиваются с натиском генетических захватчиков. Вирусы численно превосходят эукариот в десятеро раз и убивают половину бактерий мира через каждые двуха дня. Прокариоты также обмениваются частичками ДНК, плазмидами, которые могут являться паразитарными — они высасывают ресурсы из своего носителя и заставляют его самоуничтожиться, если только тот попытается изгнать молекулярного попутчик. Кажется, безопасности вышел нигде: от суши до моря и самых негостеприимных мест нашей планеты, генетические вторженцы (у)потреблять повсюду. Ферменты рестрикции, например, представляют собой белки, которые разрезают ДНК около или около определенной последовательности. Каждый фермент запрограммирован чуять определенные последовательности, и микроб защищен только если у него упихивать копия нужного гена. CRISPR-Cas намного более предприимчивый. Он адаптируется и запоминает определенных генетических вторженцев (на)столь(ко) же, как антитела человека обеспечивают долгосрочный восприимчивость после инфекции. С тех пор ученые выяснили, точно определенные CRISPR-ассоциированные (Cas) белки добавляют эти пространственные последовательности (спейсеры) к геному по прошествии времени того, как бактерии и археи подвергаются воздействию определенных вирусов иначе говоря плазмид. РНК из этих спейсеров направляет некоторые люди Cas-белки атаковать любую вторгающуюся ДНК или РНК, соответствующую последовательности. Как бы бактерии и археи обзавелись такими сложными иммунными системами? Бери этот вопрос еще предстоит ответить, но ведущая доктрина состоит в том, что эти системы происходят с транспозонов — «прыгающих генов», которые могут перескакивать с одной позиции в другую в геноме. Эволюционный биолог Юджин Кунин изо американского Национального института здоровья в Бетесде, штат Мэриленд, и его коллеги нашли урок таких мобильных генетических элементов, которые кодируют протеин Cas1, который участвует в создании спейсеров в геноме. Эти «каспозоны», предполагает спирт, могут быть началом иммунитета CRISPR-Cas. Теперь ученые работают по-над тем, чтобы понять, как эти участки ДНК прыгают с одного места в другое — и впоследствии отследить, как этот механизм мог привести к усложнению CRISPR-Cas. Т. е. он работает? Многие молекулярные детали того, чисто белки Cas добавляют распорки, стали хорошо изучены в последние годы. Хотя вирусная ДНК химически почти идентична ДНК хозяина. «Эти ферменты являются ободоюстрым мечом». Получай самом деле, когда вирусы проникают в бактериальную экосистему, только и знает лишь одна бактерия из 10 миллионов получает спейсер, позволяющий ей защищаться. Сии шансы усложняют изучение появления этих спейсеров, а как и понимание, почему одни клетки преуспевают, а другие терпят неудачу. Некоторые люди исследования показали, что клетки, содержащие механизмы CRISPR-Cas, могли бы исправлять должность в качестве записывающего устройства разного рода, каталогизируя последовательности ДНК и РНК, с которыми встречаются. Сие может позволить ученым отслеживать экспрессию гена клетки иначе воздействие на окружающую среду с течением времени. Исследователи вдобавок хотели бы узнать, как старые воспоминания извлекаются изо коллекции. Большинство микробов с системами CRISPR-Cas содержат не более несколько десятков спейсеров; некоторые — только ровно по одному. Может быть не так много стимулов замедляться старых спейсеров: если вирус мутирует, чтобы побывать всюду CRISPR-Cas, спейсер становится устаревшим. И может быть бременем в целях микробов, которые будут пытаться сохранить лишнюю ДНК. «Бактерия никак не может надувать свой геном вечно», говорит Ротем Сорек, генетик изо Института Вейцмана в Реховоте, Израиль. Меньше 3% наблюдаемых держи текущий момент спейсеров соответствуют каким-нибудь известным последовательностям в базах данных ДНК. Подавляющая попыток секвенирования были посвящены тем, которые инфицируют людей, обыденный скот или урожаи. «Мы очень мало знаем об сих врагах бактерий, и особенно о врагах странных архей», говорит Майкл Тернс, биолог РНК в Университете Джорджии в Афинах. Да есть и третья возможность, которая нравится ученым. У некоторых бактерий компоненты CRISPR-Cas управляли починкой ДНК, экспрессией генов и образованием биопленок. Они равно как могли определить способность бактерии инфицировать других: Leginella pneumophila, вызывающая заболевание легионеров, должна была иметь Cas-белок Cas2, чтобы заражать амебу, которая является ее природным носителем. «Большой положение в том, как сильно биология уходит за мера защиты», говорит Эрик Сонтеймер, молекулярный биолог с Университета Массачусетса. Сонтеймер добавляет, что все сие образует любопытную параллель с открытием РНК-интерференции —   системы, которая глушит экспрессию генов у растений, животных и других далеко не-прокариот. РНК-интерференция также в первую очередь рассматривалась (языко механизм защиты, а лишь затем исследователи заметили ее сверток в регуляции экспрессии генов носителя. Это также могло бы изъяснить, почему некоторые спейсеры не совпадают с известными вирусами либо — либо плазмидами, говорит Стэн Броунс, микробиолог Технического университета Делфта в Нидерландах. «Эти системы никак не настроены, чтобы быть совершенными: они хватают вирусную ДНК, а в свою очередь собственную», говорит он. «Как только они начинают манить новые кусочки ДНК, они могут получать новые функции —   если только не умирают». Почему не все микробы его используют? Больше 90% архей имеют иммунитет на основе CRISPR, в в таком случае время как лишь одна треть секвенсированных бактерий возится с ним, говорит Кунин. А середи не-прокариот, даже одноклеточных, ни разу никак не видели озадаченности CRISPR-Cas. Тем не менее, в своей крошечной 490 000-буквенной инструкции ДНК, N. equitans придерживает в системе CRISPR-Cas практически 30 спейсеров. Большой кусок своего генома возлюбленная посвящает CRISPR. Выходит, CRISPR может быть куда важным, но ученые пока не знают вследствие этого. Такие различия позволяют предположить, что существуют ключевые экологические факторы, которые способствуют развитию системы CRISPR-Cas и предпочитают защиту через вирусов —   или другие выгоды —   даже несмотря сверху угрозу клеточного суицида, говорит Эдж Вестра, микробиолог Университета Эксетера в Великобритании. Экстремальные атмосфера, кажется, играют на пользу системам CRISPR-Cas, только Вестра отмечает, что частота таких систем тоже варьируется среди бактерий в более гостеприимных местах обитания. Поэтому эта система была полезна для птиц, хотя не для зябликов, можно только догадываться. Математические модели и первые лабораторные эксперименты показывают, подобно как CRISPR-Cas может быть преимуществом, только если ему должно бороться лишь с несколькими типами вирусов. Сколько существует видов   CRISPR-Cas? Кадр(ы) выбрали систему CRISPR-Cas9 за ее простоту и всеохватность в редактировании генома, но микробы не выбирают любимчиков. Отместку) этого они склонны смешивать и сочетать различные системы, бегом подбирая новые у других бактерий и отказываясь от старых. «И в действительности ты да я знаем, как работает лишь часть их», будто ученые. Полюбившаяся система CRISPR-Cas9, например, представляет с лица систему типа II. Но есть еще типы III, IV, V, VI и иные. Системы типа III чаще всего встречаются в природе —   и понятны больше других. Понимание новых систем позволит расширить коллекция инструментов для редактирования генома. Он погрузился в биологию CRISPR-Cas двадцать отлично лет назад, и хотя для тех, кто желает работать (над чем с изменением генома, сейчас открыты все финансовые внутренние резервы, их гораздо меньше для тех, кто занимается наиболее теорией. «Я знаю, что это отличный снаряд. Его можно использовать для лечения заболеваний», говорит Мохика. «Но сие не мое дело.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *