biotechnologia


 
 

Zastosowanie i perspektywy rozwoju nowych technologii edycji genomu

Autor: Dominika Mielniczuk

Postępujący rozwój technologii pozwala na korzystanie z technik, dzięki którym możliwe staje się wprowadzanie zmian w obrębie genomów (Kowalczyk, 2016). Zachodzenie tych zmian umożliwia metoda mutagenezy ukierunkowanej, której działanie opiera się na wykorzystywaniu miejscowo-specyficznych nukleaz.

Meganukleazy po raz pierwszy zostały wykorzystane do indukowania ukierunkowanych, dwuniciowych pęknięć w genomach roślin. Przykładem ich zastosowania jest mutageneza kukurydzy bądź też uzyskanie wielokrotnej transgenezy u bawełny. Ze względu na czasochłonne tworzenie konstruktów oraz skomplikowaną metodykę, uważa się że meganukleazy nie będą w przyszłości pełniły żadnej znaczącej roli w generowaniu zmian genetycznych.

Nukleazy z motywem palca cynkowego znalazły nieco szersze zastosowanie. Po raz pierwszy ZFNs wykorzystano do przeprowadzenia ukierunkowanej mutagenezy u rzodkiewnika, kolejne badania umożliwiły inaktywację niepożądanych elementów genetycznych po transgenezie (np. genu reporterowego gus) (Sega i Linkiewicz, 2014). Zmiany przy użyciu nukleaz z motywem palca cynkowego przeprowadzono u: muszki owocowej (Drosophila melanogaster), danio pręgowanego (Danio reiro), szczura (rodzaj Rattus), żaby (Xenopus tropicalis), nicienia (Caenorhabditis elegans). Liczba ta stale się zwiększa. Pierwszym odnotowanym sukcesem z wykorzystaniem ZFNs w komórkach człowieka było przeprowadzenie ukierunkowanej mutagenezy w komórkach pacjentów u których wystąpiła mutacja receptora dla interleukiny 2 w ciężkim złożonym niedoborze odporności (ang. Severe Combined Immunodeficiency). Kolejnym przykładem zastosowania jest udany eksperyment dotyczący korekcji mutacji HBB anemii sierpowatej przy użyciu ludzkich indukowanych komórek pluripotencjalnych (hiPSCs). ZFNs wykazują swoją skuteczność także w immunoterapii.

Nukleazy TALEs wykorzystywano do badań nad zwierzętami takimi jak: muszka owocówka, danio pręgowany, żaba z rodzaju Xenopus, bydło, makak królewski (Macaca mulatta) i makak krabożerny (Macaca fascicularis). Sukcesem zakończył się także eksperyment w którym, za pomocą TALENs do ludzkich zarodkowych komórek macierzystych oraz indukowanych komórek pluripotentnych zostały wprowadzone transgeny. Nukleazy te umożliwiają indukowanie mutacji w różnych loci w różnych typach komórek, co pozwala na obserwację związku mutacji z metabolizmem i funkcjami danej komórki. Insercja i delecja wprowadzona w eksonie 51 genu dystrofiny w komórkach pacjentów z dystrofią mięśniową Duchenne’a spowodowała przesunięcie ramki odczytu w taki sposób, dzięki któremu w białku została przywrócona prawidłowa funkcja. Nukleazy TALEs umożliwiają także indukowanie mutacji w jednokomórkowych zarodkach mysich, co pozwala na zwiększenie dostępności modeli służących do badań chorób człowieka (Kowalczyk, 2016).

Badania z wykorzystaniem systemu CRISPR/Cas9 po raz pierwszy zostały przeprowadzone w 2013 roku na modelowych gatunkach roślin m.in.: tytoniu, ryżu, rzodkiewnika i zwierząt m.in.: myszy i szczura (Sega i Linkiewicz, 2014 ; Kowalczyk 2016). Wykorzystanie tego systemu stwarza możliwości edycji genomu, które nie ograniczają się jedynie do tworzenia linii komórkowych lub zwierząt typu knock-out (Czarnek i Bereta, 2016). Obecnie znajduje on zastosowanie w licznych dziedzinach zajmujących się badaniami, które dotyczą terapii, rolnictwa oraz środowiska (Illumina, 2017). Systemem tym posługują się również naukowcy zajmujący się dziedziną de-ekstynkcji, którzy rozpatrują możliwość wykorzystania go w procesach przywracania genomów wymarłych gatunków zwierząt (Kowalczyk, 2016). CRISPR/Cas9 odnajduje zastosowanie w medycynie spersonalizowanej - terapii genowej. Umożliwia precyzyjne wprowadzenie obcego DNA we wskazane miejsce w genomie co pozwala min. zamienić zmutowany gen na poprawną wersję (Czarnek i Bereta, 2016). System ten wykorzystuje się w leczeniu chorób jednogenowych min. beta-talasemii, mukowiscydozy oraz dystrofii mięśniowej Duchenne’a. Dodatkowo dzięki zastosowaniu CRISPR/Cas9 udało się wyhodować mysz będącą modelem chorobowym białaczki szpikowej. Wykorzystanie takiego modelu umożliwia skuteczną analizę działania stosowanych leków skierowanych przeciwko temu nowotworowi w czasie rzeczywistym w modelu in vivo (Nowosad i in., 2016). System CRISPR/Cas9 umożliwia także edycję wielu loci jednocześnie, co pozwala na wytworzenie zwierzęcych modeli chorób wielogenowych (Czarnek i Bereta, 2016). Poznanie charakterystyki czynnika etiologicznego AIDS umożliwiło opracowanie efektywnej terapii genowej, która oparta była na mechanizmie działania systemu CRISPR/Cas9. Późniejsze badania udowodniły skuteczność tego systemu w wywoływaniu mutacji w genie CCR5 (kodujący koreceptor, niezbędny do zapoczątkowania cyklu replikacyjnego wirusa HIV) (Nowosad i in., 2016). Wizualizacja konkretnych miejsc w genomie komórek stała się możliwa dzięki zastosowaniu nieaktywnej katalitycznie Cas9 połączonej z białkiem fluorescencyjnym, która współdziała z sgRNA. Takie działanie pozwoliło min. na ustalenie lokalizacji wybranych loci w jądrze komórkowym. System CRISPR/Cas9 wykorzystuje się również w celu aktywacji bądź wyciszenia ekspresji wybranych genów (Czarnek i Bereta, 2016). Technologia oparta na systemie CRISPR/Cas9 znalazła potencjalne zastosowanie w mechanizmie inżynierii genetycznej Gene drive (napędzie genowym), którego celem jest doprowadzenie do tego aby edytowany gen mógł rozprzestrzeniać się w populacji potencjalnie likwidując chorobę. Przypuszcza się, że proces ten może pomóc w podjęciu prób eliminacji chorób przenoszonych przez komary oraz kleszcze (Illumina, 2017).


Literatura:
“Illumina”[Online].[przeglądany: 16.11.2018]. Dostęp:https://www.illumina.com/content/dam/illumina-marketing/documents/products/research_reviews/publication-review-gene-editing-research.pdf
CZARNEK M., BERETA J., 2016. System CRISPR-Cas - od odporności bakterii do inżynierii genomowej. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej, 70, 901-916.
KOWALCZYK I., 2016. Molekularne narzędzia do edycji genomów wykorzystujące endonukleazy: ZFNs, TALENs i CRISPR/Cas9- porównanie. Przegląd wybranych prac z zakresu enzymologii. Fundacja na rzecz promocji nauki i rozwoju TYGIEL. ISBN: 978-83-65272-34-8
NOWOSAD K., STĘPIEŃ P., MUSIAŁ P., 2016. CRISPR-Cas9 nowe narzędzie inżynierii genetycznej. Wydawnictwo naukowe TYGIEL sp. z o.o, 1 (6), 76-87.
SEGA P., LINKIEWICZ A., 2014. Wykorzystanie miejscowo-specyficznych nukleaz do modyfikacji genomów roślinnych. Postępy biologii komórki, 41 (4), 701-720.

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

127 anonymous users oraz 0 registered users online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 

Dla pasjonatów

Koszulki, bluzy, kubki, plecaki i in.


Oferty pracy

Facebook

Na skróty

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego Narodowe Centrum Nauki Narodowe Centrum Badań i Rozwoju Ośrodek Przetwarzania Informacji PAP - Nauka w Polsce Forum Akademickie Fundacja na rzecz Nauki Polskiej Wirtualna Biblioteka Nauki Scopus NCBI PubMed Nature Science Cell

 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u