Οι ερευνητές πρωτοστατούν στη νέα μέθοδο επεξεργασίας γονιδίων σε ανθρώπινα κύτταρα


Οι ερευνητές πρωτοστατούν στη νέα μέθοδο επεξεργασίας γονιδίων σε ανθρώπινα κύτταρα

Ερευνητές στα Ινστιτούτα Gladstone έχουν τελειοποιήσει ένα σύστημα για πιο αποτελεσματική επεξεργασία γονιδίων, χρησιμοποιώντας μόρια που ονομάζονται ρετρόν. Credit: Michael Short/Gladstone Institutes

Την τελευταία δεκαετία, το σύστημα επεξεργασίας γονιδιώματος CRISPR έχει φέρει επανάσταση στη μοριακή βιολογία, δίνοντας στους επιστήμονες τη δυνατότητα να αλλάζουν γονίδια μέσα στα ζωντανά κύτταρα για έρευνα ή ιατρικές εφαρμογές. Τώρα, ερευνητές στα Ινστιτούτα Gladstone έχουν τελειοποιήσει ένα πρόσθετο σύστημα για πιο αποτελεσματική επεξεργασία γονιδίων, χρησιμοποιώντας μόρια που ονομάζονται ρετρόν.


Retrons, ανέφερε η ομάδα στο περιοδικό Φύση Χημική Βιολογία, μπορεί να βελτιστοποιηθεί για αποτελεσματικότητα και να χρησιμοποιηθεί για επεξεργασία σε μια ποικιλία τύπων κυττάρων, από μύκητες έως τον άνθρωπο .

«Αυτή η εργασία πραγματικά σταθεροποιεί τα ρετρόν ως μια πλατφόρμα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε όλους τους οργανισμούς», λέει ο βοηθός ερευνητής της Gladstone, Seth Shipman, Ph.D., ανώτερος συγγραφέας της νέας μελέτης. «Μπορούμε να κάνουμε ακριβείς τροποποιήσεις στα γονίδια πιο εύκολα, γρήγορα και αποτελεσματικά από ό,τι με τις τρέχουσες προσεγγίσεις».

Ένα ενιαίο κατάστημα για την επεξεργασία γονιδίων

Οι περισσότερες σύγχρονες τεχνολογίες γονιδιακής επεξεργασίας που βασίζονται στο σύστημα CRISPR περιλαμβάνουν την αποκοπή ενός τμήματος DNA από το γονιδίωμα ενός κυττάρου και στη συνέχεια την εισαγωγή νέου γενετικού υλικού που ονομάζεται “DNA προτύπου” για να το αντικαταστήσει. Καθώς το κύτταρο επιδιορθώνει τα σημεία όπου κόπηκε ένα υπάρχον γονίδιο, ενσωματώνεται το πρότυπο DNA.

Αυτό το πρότυπο DNA παράγεται κανονικά στο εργαστήριο και στη συνέχεια εισάγεται στα κύτταρα από το εξωτερικό. Η πρωτεΐνη που κόβει το γονιδίωμα του κυττάρου – που ονομάζεται Cas9 – παρέχεται χωριστά. Ούτε το Cas9 ούτε το πρότυπο DNA διεισδύουν σε κάθε κύτταρο, περιορίζοντας την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας γονιδίων CRISPR.

Τα ρετρόν, ωστόσο, λειτουργούν σαν εργοστάσια DNA, παράγοντας άφθονα αντίγραφα του προτύπου DNA από το εσωτερικό των κυττάρων. Επιπλέον, τα ρετρόν μπορούν να παραδοθούν μαζί με τα υπόλοιπα συστατικά του CRISPR, έτσι ώστε τα κύτταρα να λαμβάνουν όλο το υλικό που απαιτείται για την επεξεργασία γονιδίων ταυτόχρονα – τους γενετικούς κώδικες για το πρότυπο DNA, το Cas9 και μόρια που βοηθούν τους ερευνητές να παρακολουθούν τις τροποποιήσεις που έχουν γίνει.

«Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να εισάγουμε μόνο ένα στοιχείο σε κάθε κύτταρο», λέει ο Santiago Lopez, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Shipman Lab και πρώτος συγγραφέας της νέας εργασίας. «Αυτό απλοποιεί σημαντικά τη διαδικασία και ανοίγει την πόρτα για νέους τύπους πειραμάτων».

Επανασχεδιάζοντας τα ρετρόν

Τόσο τα ρετρόν όσο και το CRISPR προέρχονται από ; Και οι δύο είναι αμυντικοί μηχανισμοί που χρησιμοποιούν τα βακτήρια για να αλλάξουν το DNA ως απόκριση σε λοιμώξεις. Μετά την εμφάνιση της επεξεργασίας γονιδιώματος CRISPR, στην οποία το σύστημα CRISPR επιλέχθηκε για να στοχεύσει επιλεκτικά γονίδια σε άλλους τύπους κυττάρων, ορισμένοι ερευνητές άρχισαν να διερευνούν εάν τα ρετρόν θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την παροχή των προτύπων για ακριβή επεξεργασία γονιδίων. Ωστόσο, ο ρόλος των διαφορετικών τμημάτων της δομής του ρετρόν στη λειτουργία του – και πώς να τροποποιήσετε αυτά τα τμήματα για να βελτιώσετε τα ρετρόν – ήταν άγνωστος.

«Το σύστημα retron εξελίχθηκε για να βοηθήσει στην υπεράσπιση των βακτηρίων», λέει ο Shipman, ο οποίος είναι επίσης επίκουρος καθηγητής βιομηχανικής και θεραπευτικών επιστημών στο UC San Francisco (UCSF). «Αλλά θέλαμε να το αλλάξουμε από αυτό που κάνει συνήθως σε αυτό που θέλουμε να κάνει – να παράγουμε πρότυπα για γονιδιακή επεξεργασία».

Στη νέα μελέτη, η ομάδα του Shipman κατασκεύασε E. coli retrons για να δημιουργήσει εκατοντάδες νέες παραλλαγές. Δοκίμασαν κάθε νέα παραλλαγή και ανακάλυψαν μια σειρά αλλαγών, που μαζί, οδήγησαν σε μια αύξηση 8 έως 10 φορές στο πόσο DNA προτύπου παρήχθη τελικά από το ρετρόν στα κύτταρα E. coli.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές δοκίμασαν το νέο ανασχεδιασμένο σύστημα ρετρόν στον μύκητα Saccharomyces cerevisiae (μαγιά αρτοποιίας) και σε καλλιεργημένα ανθρώπινα κύτταρα και διαπίστωσαν ότι αυτό το βελτιστοποιημένο σύστημα λειτούργησε σε όλες τις περιπτώσεις. Αυτή ήταν η πρώτη επίδειξη χρήσης των ρετρόν στο και τη φορητότητά τους μεταξύ των τύπων κυττάρων.

Δεδομένου ότι η ομάδα μπορούσε τώρα να ρυθμίσει με ακρίβεια πόσο DNA προτύπου παρήγαγαν τα ρετρόν, ήταν επίσης σε θέση να δείξουν ότι όταν τα ρετρόν παράγουν υψηλά επίπεδα DNA προτύπου, αυτό ενισχύει αποδοτικότητα.

«Η μελέτη μας αποδεικνύει για πρώτη φορά ότι όσο περισσότερο πρότυπο DNA μπορούμε να παράγουμε, τόσο καλύτερη είναι η επεξεργασία του γονιδιώματος», λέει ο Shipman. «Καλύτερη και ακριβέστερη επεξεργασία σημαίνει τελικά πιο αποτελεσματικά και ασφαλέστερα γονιδιωματικά φάρμακα και πιο προηγμένη θεμελιώδη έρευνα».

Λήψη εργαλείων από βακτήρια

Τα Retrons, λέει ο Shipman, είναι άμεσα χρήσιμα ως ερευνητικό εργαλείο για την επεξεργασία γονιδίων σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων στο εργαστήριο. Αν και η πλατφόρμα δεν είναι ακόμη έτοιμη για χρήση σε ανθρώπους, έχει επίσης τη δυνατότητα να βοηθήσει στην επεξεργασία γονιδίων για θεραπευτικούς σκοπούς — για παράδειγμα με την επιδιόρθωση γονιδιακών μεταλλάξεων που προκαλούν ασθένειες.

Δεδομένου ότι διαφορετικά βακτήρια περιέχουν διαφορετικά ρετρόν, η ομάδα του σχεδιάζει επίσης να διερευνήσει εάν άλλες παραλλαγές ρετρόν έχουν οφέλη σε σχέση με το ρετρόν E. coli που βελτιστοποίησαν σε αυτή τη μελέτη.

«Ακολουθούμε μια γενική προσέγγιση στην οποία εξορύσσουμε μέρη που βρίσκουμε σε βακτήρια και τα εξημερώνουμε για δική μας χρήση», λέει ο Shipman. «Αυτό ήταν ήδη απίστευτα εποικοδομητικό για την ανάπτυξη νέων εργαλείων, αλλά νομίζω ότι μόλις αρχίζουμε να αποκομίζουμε τα οφέλη από την εφαρμογή αυτών των εργαλείων στη βιοτεχνολογία».


Μυστήριο μόριο στα βακτήρια αποκαλύπτεται ότι είναι φύλακας


Περισσότερες πληροφορίες:
Santiago C. Lopez et al, Ακριβής επεξεργασία γονιδιώματος σε βασίλεια της ζωής χρησιμοποιώντας DNA που προέρχεται από ρετρό, Φύση Χημική Βιολογία (2021). DOI: 10.1038 / s41589-021-00927-y

Παρέχεται από
Ινστιτούτα Gladstone

Παραπομπή: Οι ερευνητές πρωτοστατούν στη νέα μέθοδο για την επεξεργασία γονιδίων σε ανθρώπινα κύτταρα (2022, 5 Ιανουαρίου) που ανακτήθηκε στις 6 Ιανουαρίου 2022 από τη https://phys.org/news/2022-01-method-genes-human-cells.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.



Source link

By koutsobolis

koutsobolis.com

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *