edycja genomu (zwana również edycją genów) to grupa technologii, które dają naukowcom możliwość zmiany DNA organizmu. Technologie te umożliwiają dodawanie, usuwanie lub modyfikowanie materiału genetycznego w określonych miejscach w genomie. Opracowano kilka podejść do edycji genomu. Niedawny jest znany jako CRISPR-Cas9, który jest skrótem od skupionych regularnie przeplatanych krótkich powtórzeń palindromicznych i białka związanego z CRISPR 9. System CRISPR-Cas9 wywołał wiele emocji w społeczności naukowej, ponieważ jest szybszy, tańszy, dokładniejszy i bardziej wydajny niż inne istniejące metody edycji genomu.

CRISPR-Cas9 został zaadaptowany z naturalnie występującego systemu edycji genomu u bakterii. Bakterie wychwytują fragmenty DNA z inwazyjnych wirusów i wykorzystują je do tworzenia segmentów DNA znanych jako tablice CRISPR. Tablice CRISPR umożliwiają bakteriom „zapamiętywanie” wirusów (lub blisko spokrewnionych). Jeśli wirusy zaatakują ponownie, bakterie wytwarzają segmenty RNA z macierzy CRISPR, aby celować w DNA wirusów. Następnie bakterie używają Cas9 lub podobnego enzymu do rozcinania DNA, co wyłącza wirusa.

system CRISPR-Cas9 działa podobnie w laboratorium. Naukowcy tworzą mały fragment RNA z krótką sekwencją „prowadzącą”, która przyłącza się (wiąże) do określonej docelowej sekwencji DNA w genomie. RNA wiąże się również z enzymem Cas9. Podobnie jak w przypadku bakterii, zmodyfikowany RNA jest używany do rozpoznawania sekwencji DNA, a enzym Cas9 tnie DNA w docelowym miejscu. Chociaż Cas9 jest enzymem, który jest najczęściej używany, można również użyć innych enzymów (na przykład Cpf1). Gdy DNA jest cięte, naukowcy używają komórki własne maszyny do naprawy DNA, aby dodać lub usunąć kawałki materiału genetycznego, lub dokonać zmian w DNA poprzez zastąpienie istniejącego segmentu z niestandardowej sekwencji DNA.

edytowanie genomu jest bardzo interesujące w zapobieganiu i leczeniu chorób ludzkich. Obecnie większość badań nad edytowaniem genomu odbywa się w celu zrozumienia chorób za pomocą komórek i modeli zwierzęcych. Naukowcy nadal pracują nad ustaleniem, czy takie podejście jest bezpieczne i skuteczne w stosowaniu u ludzi. Jest badany w badaniach nad szeroką gamą chorób, w tym zaburzeń jednogenowych, takich jak mukowiscydoza, hemofilia i niedokrwistość sierpowatokrwinkowa. Jest również obiecujący w leczeniu i zapobieganiu bardziej złożonym chorobom, takim jak rak, choroby serca, choroby psychiczne i zakażenie ludzkim wirusem niedoboru odporności (HIV).

problemy etyczne pojawiają się, gdy edycja genomu, przy użyciu technologii takich jak CRISPR-Cas9, jest używana do zmiany ludzkich genomów. Większość zmian wprowadzonych w edycji genomu ogranicza się do komórek somatycznych, które są komórkami innymi niż komórki jajowe i plemniki. Zmiany te dotyczą tylko niektórych tkanek i nie są przekazywane z pokolenia na pokolenie. Jednak zmiany w genach w komórkach jajowych lub plemnikach (komórkach linii zarodkowej) lub w genach zarodka mogą być przekazywane przyszłym pokoleniom. Edycja genomu komórki germinalnej i zarodka stawia wiele wyzwań etycznych, w tym czy dopuszczalne byłoby użycie tej technologii w celu poprawy normalnych cech ludzkich (takich jak wzrost lub inteligencja). W oparciu o obawy dotyczące etyki i bezpieczeństwa, edycja genomu komórki zarodkowej i zarodka jest obecnie nielegalna w wielu krajach.

artykuły w czasopismach naukowych do dalszej lektury

Ormond KE(1), Mortlock DP(2), Scholes DT(3), Bombard Y(4), Brody LC(5), Faucett WA(6), Garrison NA(7), Hercher L(8), Isasi R(9), Middleton a(10), Musunuru K(11), Shriner D(12), Virani a(13), Young CE(3). Edycja Ludzkiego Genomu Linii Zarodkowej. Am J Hum Genet. 2017 Aug 3;101(2):167-176. PubMed: 28777929 Bezpłatny pełny tekst dostępny w PubMed Central: PMC5544380.

Gupta RM, Musunuru K. Rozszerzenie zestawu narzędzi do edycji genetycznej: Zfns, TALENs i CRISPR-Cas9. J Clin Invest. 2014 Oct; 124 (10): 4154-61. doi: 10.1172 / JCI72992 Epub 2014 Paź 1. Przegląd. PubMed: 25271723 Bezpłatny pełny tekst dostępny w PubMed Central: PMC4191047.

Hsu PD, Lander ES, Zhang F. rozwój i zastosowania CRISPR-Cas9 do inżynierii genomu. Cell. 2014 Jun 5;157(6):1262-78. doi: 10.1016 / j.cell.2014.05.010. Przegląd. PubMed: 24906146 Bezpłatny pełny tekst dostępny w PubMed Central: PMC4343198.

Komor AC, Badran AH, Liu DR. CRISPR-Based Technologies for the Manipulation of Eukariotic Genomes. Cell. 2017 Apr 20;169(3):559. doi: 10.1016 / j.cell.2017.04.005. PubMed: 28431253

Lander ES. Bohaterowie CRISPR. Cell. 2016 Jan 14;164(1-2):18-28. doi: 10.1016 / j.cell.2015.12.041. Przegląd. PubMed: 26771483