Επεξεργασία γονιδιώματος

Η επεξεργασία του γονιδιώματος είναι ένα είδος γενετικής μηχανικής.

Το DNA εισάγεται, αντικαθίσταται ή αφαιρείται από ένα γονιδίωμα χρησιμοποιώντας τεχνητά κατασκευασμένες νουκλεάσες ή "μοριακά ψαλίδια". Οι νουκλεάσες προκαλούν συγκεκριμένες ρήξεις διπλής έλικας (DSBs) σε επιθυμητά σημεία του γονιδιώματος. Οι μηχανισμοί του ίδιου του κυττάρου επιδιορθώνουν την επαγόμενη ρήξη (ή τις επαγόμενες ρήξεις) με φυσικές διαδικασίες.

Επί του παρόντος χρησιμοποιούνται τέσσερις οικογένειες τροποποιημένων νουκλεασών.

Για να κατανοήσουμε τη λειτουργία ενός γονιδίου ή μιας πρωτεΐνης, παρεμβαίνουμε σε αυτό με τρόπο που να προσδιορίζει την αλληλουχία και παρακολουθούμε τις επιπτώσεις του στον οργανισμό. Ωστόσο, σε ορισμένους οργανισμούς είναι δύσκολο ή αδύνατο να γίνει μετάλλαξη συγκεκριμένης θέσης. Επομένως, πρέπει να χρησιμοποιηθούν πιο έμμεσες μέθοδοι. Παραδείγματα είναι τα εξής:

Αποσιώπηση του γονιδίου ενδιαφέροντος με παρεμβολή RNA μικρής διάρκειας (siRNA). Ωστόσο, η διακοπή γονιδίων με siRNA μπορεί να είναι μεταβλητή και ατελής.

Επεξεργασία γονιδιώματος με νουκλεάσες όπως η ZFN. Αυτό είναι διαφορετικό από το siRNA. Η τροποποιημένη νουκλεάση (το ένζυμο που κόβει το DNA) είναι σε θέση να τροποποιήσει τη σύνδεση του DNA. Ως εκ τούτου, μπορεί κατ' αρχήν να κόψει οποιαδήποτε στοχευμένη θέση στο γονιδίωμα και να εισαγάγει αλλαγή των αλληλουχιών για γονίδια που δεν μπορούν να στοχευθούν ειδικά από το συμβατικό RNAi.

Η επεξεργασία γονιδιώματος επιλέχθηκε από το Nature Methods ως μέθοδος της χρονιάς 2011. Η τεχνική χρησιμοποιείται ήδη, αλλά η εμφύτευση τροποποιημένων εμβρύων σε μια γυναίκα δεν επιτρέπεται ακόμη.

Η μέθοδος CRISPR/Cas9

Το 2017 το σύστημα αυτό ανακοινώθηκε ως ένα από τα μεγαλύτερα επιστημονικά επιτεύγματα της χρονιάς. Το Cas9 είναι ένα ένζυμο το οποίο με ένα οδηγό RNA, μπορεί να τοποθετήσει μια νέα αλληλουχία DNA σε ένα γονιδίωμα. Ο Sir John Skehel δήλωσε: "Αυτό μπορεί να σας επιτρέψει να εξαλείψετε ένα συγκεκριμένο γονίδιο σε ένα κύτταρο, ή να εισαγάγετε ένα συγκεκριμένο γονίδιο, ή να διορθώσετε ένα συγκεκριμένο μεταλλαγμένο γονίδιο που θέλετε να λειτουργήσει καλύτερα".

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Q: Τι είναι η επεξεργασία γονιδιώματος;

A: Η επεξεργασία γονιδιώματος είναι ένας τύπος γενετικής μηχανικής κατά τον οποίο το DNA εισάγεται, αντικαθίσταται ή αφαιρείται από ένα γονιδίωμα χρησιμοποιώντας τεχνητά κατασκευασμένες νουκλεάσες ή "μοριακά ψαλίδια".

Ε: Πώς χρησιμοποιούνται οι τεχνητές νουκλεάσες στην επεξεργασία γονιδιώματος;

Α: Οι μηχανικά επεξεργασμένες νουκλεάσες δημιουργούν συγκεκριμένες ρήξεις διπλής έλικας (DSBs) σε επιθυμητά σημεία του γονιδιώματος. Οι μηχανισμοί του ίδιου του κυττάρου επιδιορθώνουν την επαγόμενη ρήξη (ή τις επαγόμενες ρήξεις) με φυσικές διαδικασίες.

Ερ: Ποια είναι μερικά παραδείγματα έμμεσων μεθόδων που χρησιμοποιούνται για την κατανόηση της λειτουργίας των γονιδίων;

Α: Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν την αποσιώπηση του γονιδίου που μας ενδιαφέρει με βραχεία παρεμβολή RNA (siRNA) και τη χρήση τροποποιημένων νουκλεασών όπως η ZFN για την τροποποίηση της σύνδεσης του DNA και την αποκοπή οποιασδήποτε στοχευμένης θέσης στο γονιδίωμα.

Ερ: Γιατί επιλέχθηκε η επεξεργασία γονιδιώματος ως μέθοδος της χρονιάς 2011 του Nature Methods;

Α: Η επεξεργασία γονιδιώματος επιλέχθηκε από τη Nature Methods ως μέθοδος της χρονιάς 2011 επειδή χρησιμοποιείται ήδη, αλλά η εμφύτευση τροποποιημένων εμβρύων σε μια γυναίκα δεν επιτρέπεται ακόμη.

Ερ: Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι τροποποιημένων νουκλεασών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επεξεργασία γονιδιώματος;

Α: Ναι, υπάρχουν τέσσερις οικογένειες τροποποιημένων νουκλεασών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επεξεργασία του γονιδιώματος.

Ερ: Πώς διαφέρει το siRNA από άλλες μεθόδους για την κατανόηση της λειτουργίας των γονιδίων;

Α: Το siRNA διαφέρει από άλλες μεθόδους επειδή περιλαμβάνει την αποσιώπηση γονιδίων αντί της άμεσης τροποποίησής τους με ένα ένζυμο όπως το ZFN.

Ερ: Επιτρέπεται επί του παρόντος η εμφύτευση τροποποιημένων εμβρύων σε μια γυναίκα;

Α: Όχι, η εμφύτευση τροποποιημένων εμβρύων σε μια γυναίκα δεν επιτρέπεται επί του παρόντος.