เครื่องมือใหม่สำหรับการจัดการยีน
เป็นเทคนิคที่มีความยืดหยุ่นมากที่นักวิจัยสามารถใช้เพื่อปรับเปลี่ยนการแสดงออกของยีนเพื่อให้เข้าใจถึงหน้าที่ของตนได้ง่ายขึ้น
CRISPR คืออะไร?
CRISPR ย่อมาจาก Clustered Regular-Interspaced Repillations Palindromic ระยะสั้น - ชื่อที่น่าเบื่ออย่างไม่น่าเชื่อสำหรับเทคโนโลยีอันน่าตื่นเต้น ทำไมชื่อที่น่าเบื่อ? เป็นเพราะเมื่อพวกเขาถูกค้นพบครั้งแรกในปลายทศวรรษที่ 1980 ในแบคทีเรียไม่มีใครรู้ว่าสิ่งที่ยืดระยะสั้นของดีเอ็นเอซ้ำ ๆ โดยแยกลำดับดีเอ็นเอสุ่มเป็น มันเป็นลักษณะแปลก ๆ ในจีโนมดีเอ็นเอของแบคทีเรียบางชนิด
ใช้เวลาเกือบ 20 ปีจนกระทั่งเจนนิเฟอร์ดูนนาจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียได้คิดว่าลำดับเหล่านี้จับคู่ส่วนของดีเอ็นเอไวรัสที่ติดเชื้อแบคทีเรีย ผลปรากฎว่าลำดับ CRISPR เป็นระบบภูมิคุ้มกันสำหรับแบคทีเรีย
มันทำงานอย่างไร?
Doudna และผู้ทำงานร่วมกันของเธอ Emmanuelle Charpentier ได้ค้นพบว่าเมื่อเชื้อไวรัสติดเชื้อแบคทีเรียที่มี DNA ชิ้นต่อไปนี้ซ้ำ ๆ กันซึ่งตรงกับ DNA ของไวรัสจะใช้พวกมันเพื่อทำให้ RNA ยึดติดกับดีเอ็นเอของไวรัสที่บุกรุก
จากนั้นชิ้นส่วนที่สองของ RNA จากดีเอ็นเอแบบสุ่มที่แยกการตอบสนองของ CRISPR เข้ากับโปรตีนชื่อ Cas9 โปรตีนนี้จะตัดไวรัสดีเอ็นเอและยับยั้งเชื้อไวรัส
นักวิจัยได้ตระหนักว่าพวกเขาสามารถใช้ประโยชน์จากความสามารถนี้ของ CRISPR เพื่อตัดลำดับลำดับดีเอ็นเอที่เฉพาะเจาะจงเพื่อยับยั้งยีน
ในขณะที่มีเทคนิคอื่น ๆ เช่น nucleases ของนิ้วสังกะสีและ TALENS ที่สามารถใช้เพื่อกำหนดเป้าหมายและตัดตำแหน่งเฉพาะในจีโนมดีเอ็นเอวิธีเหล่านี้ใช้โปรตีนขนาดใหญ่เพื่อกำหนดเป้าหมายไปยังพื้นที่เฉพาะในดีเอ็นเอ ยากที่จะออกแบบและดำเนินการแก้ไขในระดับใหญ่ที่มียีนจำนวนมากโดยใช้วิธีการก่อนหน้านี้
สิ่งที่ทำให้เป็นประโยชน์?
ระบบ CRISPR อาศัยเฉพาะสองอาร์เอ็นเอสั้น ๆ : หนึ่งที่ตรงกับพื้นที่ดีเอ็นเอที่กำหนดเป้าหมายและที่สองที่เชื่อมโยงกับโปรตีนที่เรียกว่า Cas9 ในความเป็นจริงแม้ว่าปรากฎว่าทั้งสองชิ้น RNA สั้นเหล่านี้สามารถรวมกันเป็นโมเลกุลอาร์เอ็นเอที่เป็นโมโนเรอร์แบบ dual-function ซึ่งเป้าหมายทั้งสองจะมุ่งไปที่ลำดับดีเอ็นเอเฉพาะและรับแรงกระตุ้นจากโปรตีนที่ตัดด้วย Cas9 ซึ่งหมายความว่าโปรตีน Cas9 และ RNA สั้น ๆ ที่มีความยาว 85 เบสเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการตัด DNA ที่เกือบทุกที่ของจีโนม มันค่อนข้างง่ายที่จะแนะนำดีเอ็นเอเพื่อผลิต RNA คู่มือเดียวและโปรตีน Cas9 เกือบทุกเซลล์ทำให้ CRISPR โดยทั่วไปสามารถใช้งานได้
อย่างไรก็ตามการกำหนดเป้าหมายที่สะดวกไม่ใช่ประโยชน์เฉพาะของเทคโนโลยี CRISPR เหนือนิ้วมือ TALENS และสังกะสีอื่น ๆ ระบบ CRISPR มีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีทางเลือกเหล่านี้
ยกตัวอย่างเช่นกลุ่มที่ Harvard พบว่า CRISPR ได้ลบยีนเป้าหมายออกเป็น 51% -79% ในขณะที่ประสิทธิภาพของ TALENS น้อยกว่า 34% ด้วยประสิทธิภาพที่สูงนี้กลุ่มอื่นจึงสามารถใช้เทคโนโลยี CRISPR เพื่อยับยั้งยีนในหนูตัวอ่อนได้โดยตรงเพื่อผลิต หนูพันธุ์ผสมเสร็จ ในรุ่นเดียว วิธีมาตรฐานต้องใช้พันธุ์คู่ผสมเพื่อให้เกิดการกลายพันธุ์ในทั้งสองสำเนาของยีนที่กำหนดเป้าหมาย
อะไรที่สามารถทำได้?
นอกเหนือจากการลบยีนแล้วบางกลุ่มยังตระหนักว่ามีเพียงสองสามข้อเท่านั้นระบบนี้สามารถใช้สำหรับการจัดการทางพันธุกรรมประเภทอื่น ๆ ได้ ตัวอย่างเช่นเมื่อต้นปี 2013 กลุ่มจาก MIT พบว่า CRISPR สามารถใช้เพื่อแทรกยีนใหม่ลงใน DNA ของจีโนม หลังจากนั้นไม่นานกลุ่มที่ UCSF ใช้ระบบเวอร์ชันที่ได้รับการแก้ไขซึ่งมีชื่อว่า CRISPRi เพื่อยับยั้งการแสดงออกของยีนเป้าหมายในแบคทีเรีย
อีกไม่นานกลุ่มที่มหาวิทยาลัยดุ๊กยังได้สร้างรูปแบบของระบบเพื่อเปิดใช้ชุดยีน หลายกลุ่มกำลังทำงานร่วมกับรูปแบบต่างๆของวิธีการเหล่านี้เพื่อยับยั้งยีนจำนวนมากในคราวเดียวเพื่อหาว่าใครมีส่วนร่วมในการตอบสนองทางชีววิทยาที่แตกต่างกันอย่างไร
ของเล่นเงาใหม่ของวิศวกรรมพันธุกรรม
แน่นอนว่ามีความตื่นเต้นอย่างมากเกี่ยวกับเครื่องมือใหม่นี้สำหรับวิศวกรรมทางพันธุกรรมและความรีบเร่งในการนำไปประยุกต์ใช้ในหลากหลายรูปแบบ อย่างไรก็ตามยังคงมีความท้าทายบางอย่างที่ต้องเอาชนะและเช่นเดียวกับกรณีที่เกิดขึ้นกับเทคโนโลยีใหม่ ๆ ก็ต้องใช้เวลาสักครู่เพื่อหาข้อ จำกัด ตัวอย่างเช่นนักวิจัยจาก Harvard พบว่าการกำหนดเป้าหมายของ CRISPR อาจไม่แม่นยำเท่าที่คิดในตอนแรก ผลกระทบจาก เป้าหมาย ของคอมเพล็กซ์ CRISPR สามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่ไม่ได้ตั้งใจเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงดีเอ็นเอ
แม้จะมีความท้าทาย แต่ CRISPR อย่างชัดเจนได้แสดงให้เห็นศักยภาพมหาศาลเพื่ออำนวยความสะดวกในการเปลี่ยนแปลงของจีโนมดีเอ็นเอที่จะช่วยให้นักวิจัยได้อย่างรวดเร็วเข้าใจวิธีการนับหมื่นของยีนในการทำงานของจีโนมมนุษย์ นี้เพียงอย่างเดียวมีความสำคัญต่อการปรับปรุงการรักษาโรคและการวินิจฉัย นอกจากนี้ด้วยการพัฒนาเพิ่มเติมเทคโนโลยีตัวเองอาจเป็นประโยชน์สำหรับการบำบัดแบบใหม่ อาจเป็นแนวทางใหม่สำหรับ การบำบัดด้วยยีน อย่างไรก็ตามความก้าวหน้าเหล่านี้เป็นวิธีการปิด ตอนนี้มันน่าตื่นเต้นมากที่ได้เห็นการพัฒนาเครื่องมือวิจัยใหม่ ๆ อย่างรวดเร็วและคิดถึงประเภทของการทดลองที่อาจอนุญาต
(ประกาศเมื่อ: 30 กันยายน 2013)