Narzędzie do edycji genów CRISPR zdobywa nagrodę Nobla w dziedzinie chemii

Przekształcenie mechanizmu obronnego bakterii w jedno z najpotężniejszych narzędzi genetyki przyniosło Jennifer Doudna i Emmanuelle Charpentier Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.

Nagroda za te genetyczne nożyczki, zwana CRISPR / Cas 9, to „fantastyczna nagroda”, powiedziała Pernilla Wittung-Stafshede, członek Komitetu Nobla w dziedzinie chemii, na konferencji prasowej zorganizowanej 7 października w Sztokholmie przez Królewską Szwedzką Akademię. „Możliwość cięcia DNA tam, gdzie chcesz, zrewolucjonizowała nauki przyrodnicze. Możemy teraz łatwo edytować genomy zgodnie z potrzebami – coś, co wcześniej było trudne lub nawet niemożliwe.”

„Nożyczki genetyczne zostały odkryte zaledwie osiem lat temu, ale już przyniosły ludzkości ogromne korzyści” – powiedziała. „Tylko wyobraźnia wyznacza granice tego, do czego to narzędzie może być użyte w przyszłości. Być może spełni się marzenie o wyleczeniu chorób genetycznych”. Później dodała do oświadczenia, że etyka i prawo są również ważne dla określenia, co można i należy robić z tym narzędziem, ponieważ edycja niektórych ludzkich genów jest niezwykle kontrowersyjna.

Tylko pięć innych kobiet otrzymało kiedykolwiek Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. „Chciałbym, aby to dostarczyło pozytywnego przesłania szczególnie młodym… dziewczętom, które chciałyby podążać ścieżką nauki i myślę, że chcę im pokazać, że kobietom w naukach ścisłych można również przyznawać nagrody, ale co ważniejsze, kobiety w nauce mają również wpływ poprzez badania, które prowadzą ”- powiedział Charpentier w odpowiedzi na pytanie zadane podczas konferencji prasowej.

Obie podzielą się nagrodą pieniężną w wysokości 10 milionów koron szwedzkich, około 1,1 miliona dolarów.

Emmanuelle Charpentier (po lewej) i Jennifer Doudna (po prawej) połączyli siły, aby przekształcić system obrony bakteryjnej w edytor genów. OD LEWEJ: © HELMHOLTZ / HALLBAUER & FIORETTI; SAM WILLARD / SAM WILLARD PHOTOGRAPHY, BERKELEY

Narzędzie to, programowalne nożyczki molekularne znane jako CRISPR / Cas9, było używane przez bakterie i archeony od milionów do miliardów lat do zwalczania wirusów.

CRISPR oznacza Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. W skrócie, te krótkie, powtarzające się fragmenty DNA bakterii atakujących wirusy. Za każdym razem, gdy bakterie napotykają wirusa, robią mu “zdjęcie DNA”. Następnym razem, gdy bakterie napotkają tego wirusa, wykonują kopie RNA “zdjęć DNA”. Te fotokopie RNA następnie łączą się z innym fragmentem RNA znanym jako trans-aktywujący CRISPR RNA lub tracrRNA, tworząc biuletyn wszystkich punktów znany jako przewodnik RNA. Przewodnik RNA kieruje enzym tnący DNA Cas9 do wirusa, w którym enzym tnie i eliminuje zagrożenie.

Doudna z University of California w Berkeley i Charpentier, obecnie dyrektor Max Planck Institute for Infection Biology w Berlinie, spotkały się w 2011 roku na konferencji w Puerto Rico. „Spacerowałyśmy po Old San Juan i rozmawiałyśmy o CRISPR / Cas9”, wspomina Doudna podczas wirtualnej konferencji prasowej 7 października. Naukowcy postanowili połączyć siły w celu zbadania systemu obrony bakteryjnej i ostatecznie przekształcili go w edytor genów. Ich innowacja polegała na połączeniu RNA  z tracrRNA, tworząc pojedynczy przewodnik RNA. Naukowcy zdali sobie sprawę, że “zdjęcia DNA” wirusa nie muszą być molekularnymi obrazami wirusów. Zamiast tego, zastępując RNA, które pasuje do genu, naukowcy mogli nakazać Cas9 wycięcie tego genu – lub tak naprawdę dowolnego genu.

Nożyczki molekularne

CRISPR / Cas9 to dwuczęściowe narzędzie do edycji genów, składające się z przewodnika RNA i enzymu Cas 9, który tnie DNA. Przewodnik RNA przenosi enzym do określonego miejsca w DNA organizmu, które naukowcy chcą wyciąć (docelowa sekwencja na tym diagramie). Plamka jest chemicznym odpowiednikiem RNA. Po przeniesieniu we właściwe miejsce Cas9 przecina DNA.

„Przełomowy artykuł, który wspólnie opublikowały, był cytowany ponad 9500 razy – mniej więcej raz na osiem godzin od jego publikacji w 2012 roku” – mówi David Liu, biolog chemiczny i badacz z Instytutu Medycznego Howarda Hughesa na Uniwersytecie Harvarda. Liu i inni zmienili oryginalny system CRISPR, aby naukowcy mogli go używać na różne sposoby.

Zwycięstwo było „niezwykle wyczekiwane. Myślę, że od dawna wszyscy mówią o CRISPR [jako kandydacie do nagrody Nobla] ”- mówi Luis Echegoyen, chemik z University of Texas w El Paso i prezes American Chemical Society. Chociaż okres od odkrycia do Nagrody Nobla jest zwykle znacznie dłuższy, nagroda dla CRISPR jest „dawno spóźniona”, mówi Echegoyen.

Obietnica CRISPR była natychmiast widoczna, mówi Stanley Qi, bioinżynier i biotechnolog z Uniwersytetu Stanforda. Jako studentka w laboratorium Doudny, Qi uczestniczyła przy odkryciu i wiedziała, że ​​CRISPR zrobi wspaniałe rzeczy. „W ciągu tych ośmiu lat dokonano tak wielu przełomów i postępów”, mówi, „to znacznie przekracza moje oczekiwania”.

Doudna i Charpentier „nadal przyglądały się szerokiej kategorii enzymów CRISPR”, mówi Qi. Ich ciągłe prace wniosły nowy wgląd w ewolucję i mechanizmy działania systemu bakteryjnego. Mówi, że praca Doudny nad zdefiniowaniem struktury i funkcji enzymu Cas9 położyła podwaliny pod poprawę dokładności i wydajności edycji genów.

Wielu badaczy przeszło teraz na kolejny etap w wykorzystywaniu nożyczek genetycznych, używając CRISPR / Cas9 do cięcia i edycji genów w ludzkich komórkach. Naukowcy zachwycają się tym, jak tani, wszechstronny i łatwy w użyciu jest CRISPR. Naukowcy wykorzystali go do edycji genów u wielu różnych zwierząt, w tym psów, myszy, motyli, krów, świni, ślimaków i komarów.

Narzędzie zostało również użyte do kodowania danych i przechowywania “zdjęć” w bakteryjnym DNA. Rośliny i grzyby również zostały poddane obróbce CRISPR. Edytor genów został użyty do przeprogramowania ludzkich komórek odpornościowych do walki z rakiem i do zwrócenia komórek rakowych przeciwko sobie.

Wielka moc CRISPR wiąże się z wielkimi kontrowersjami, ostrzegła Doudna w swojej książce A Crack in Creation z 2017 roku, wraz ze współautorem Samuelem Sternbergiem. Chociaż edytor genów może być używany do eliminowania gatunków inwazyjnych i zapobiegania przenoszeniu chorób przez komary, może również doprowadzić do wymarcia całych gatunków lub spowodować katastrofy ekologiczne. Naukowcy już wytępili małe populacje komarów w laboratorium za pomocą molekularnej maszyny kopiującej opartej na CRISPR, znanej jako napęd genowy.

Źródło: Tina Hesman Saey

Nobelprize.org. The Nobel Prize in chemistry. Published online October 7, 2020.

M. Jinek et al. A programmable dual RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunityScience. Vol. 337, August 17, 2012, p. 816. doi: 10.1126/science.1225829

Zdjęcia: MELETIOS VERRAS/ISTOCK/GETTY IMAGES PLUS

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x