Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Геномды редакциялау және CRISPR-Cas технологиясы, Пайдаланылған әдебиеттер…
Геномды редакциялау және CRISPR-Cas технологиясы
Хронология және Маңызды ашылулар
1987 жыл — Алғашқы бақылау
Ғалым: Йошизуми Ишино (Йошизуми Исино, Жапония).
E. coli бактериясының ДНҚ-сынан түсініксіз қайталанатын тізбектерді алғаш рет байқады.
2002 жыл — "CRISPR" атауы
Ғалым: Рууд Янсен (Нидерланды).
Бұл құрылымға ресми түрде CRISPR деген атау берілді және оның жанында арнайы Cas гендері бар екені анықталды.
2005 жыл — Вирустық жад гипотезасы
Ғалым: Франсиско Мохика (Испания).
CRISPR құрамындағы аралық үзінділердің (спейсерлердің) вирустардан алынғанын және бұл бактерияның қорғаныс жүйесі екенін дәлелдеді.
2011 жыл — tracrRNA молекуласы
Ғалым: Эммануэль Шарпантье.
Cas9 ферментінің жұмыс істеуіне қажетті екінші маңызды РНҚ молекуласын ашты.
2013 жыл — Эукариоттарда қолданылуы
Ғалымдар: Фэн Чжан және Джордж Черч.
•
Технологияны адам мен тышқанның тірі жасушаларында геномды өзгерту үшін сәтті қолданды.
Молекулалық механизм және Репарация
Құрамдас бөліктері
Cas9 ферменті (Нуклеаза): ДНҚ-ның қос тізбегін үзе алатын молекулалық "пышақ".
sgRNA (Бағыттаушы РНҚ): Нысаналы ДНҚ бөлігін (20 нуклеотид) дәл тауып, Cas9 ферментін бағыттайтын "GPS навигатор".
PAM (Protospacer Adjacent Motif): Спейсерге іргелес мотив (Cas9 танитын 5'-NGG қысқа тізбегі), онсыз кесу процесі жүрмейді.
ДНҚ-ны қалпына келтіру (Repair) жолдары
NHEJ (Гомологты емес ұштарды біріктіру): Жасуша ДНҚ-ны тез арада кездейсоқ жалғай салады. Нәтижесінде мутация пайда болып, қате ген өшеді (Knock-out).
HDR (Гомологты бағытталған репарация): Ортаға сау ДНҚ үлгісі (матрица) беріледі. Жасуша осы үлгіге қарап, ДНҚ-ны қатесіз жөндейді, яғни жаңа ген енгізіледі (Knock-in).
Технологияның инновациялық түрлері
Cas9 (Өлі Cas9): Кесу қабілеті жойылған, бірақ ДНҚ-ға жабыса алатын фермент. Гендердің белсенділігін реттеу үшін (қосу/өшіру) қолданылады.
Base Editors (Негіздерді редакциялау): ДНҚ-ны мүлдем кеспей, тек бір ғана қате әріпті (мысалы, C-дан T-ға немесе A-дан G-ға) ауыстыратын ең қауіпсіз әдіс.
Prime Editors (Праймды редакциялау): ДНҚ тізбегін үзбей, үлкенірек гендік үзінділерді дәлдікпен жазып шығатын "молекулалық мәтіндік редактор".
Cas12 және Cas13: Cas12 ДНҚ-ны басқаша пішінде кеседі, ал Cas13 тек РНҚ тізбектерін өңдеу және вирустарды диагностикалау үшін қолданылады (мысалы, SHERLOCK жүйесі).
Практикалық қолданысы және Зерттеулер (Applications)
Медицина (Гендік терапия)
Casgevy (Exa-cel) препараты: Тұңғыш мақұлданған терапия. Орақ тәрізді жасушалық анемия мен бета-талассемияны толық емдей алады.
Онкология: CAR-T иммундық жасушаларын CRISPR арқылы күшейтіп, рак ісіктерімен күресуге бағыттау.
Ауыл шаруашылығы
Қуаңшылыққа, суыққа және зиянкестерге төзімді өсімдіктер мен ГМО өнімдерін (мысалы, өнімділігі жоғары күріш, бидай) алу.
Ксенотрансплантация
Шошқаның мүшелерін адам ағзасы қабылдай алатындай етіп, оның геномындағы адамға жат вирустар мен гендерді CRISPR-мен өшіріп тастау.
Қиындықтар мен Этика (Challenges & Ethics)
Off-target эффектісі
Бағыттаушы РНҚ-ның қателесіп, геномның басқа, сау бөлігін кесіп тастау қаупі (Ғалымдар қазір оның дәлдігін арттыру үстінде).
Жеткізу мәселесі (Delivery)
CRISPR компоненттерін тірі ағзаның жасушаларына қауіпсіз әрі нысаналы түрде жеткізу (көбіне аденоассоциацияланған вирустар немесе липидті бөлшектер қолданылады).
Этикалық шектеулер
Хе Цзянькуй оқиғасы (2018-2019 жж.): Қытайлық ғалым адам эмбриондарының геномын өзгертіп, әлемде алғаш рет гені өзгертілген егіз қыздардың өмірге келуіне себеп болды. Бұл халықаралық заңдарды бұзғаны үшін үлкен дау тудырып, сотталды.
Тиымдар: Адамның ұрпақ қуалайтын жасушаларын (эмбрион, жұмыртқа жасушасы) өзгертуге әлемнің көптеген елдерінде заңмен тыйым салынған.
Жаңалықтар
Іргелі ашылу (Science, 2012)
Негізгі факт: CRISPR-Cas9 жүйесін табиғи бактериалды ортадан тыс жерде, зертханада "бағдарламалауға" болатыны алғаш рет дәлелденді.
Ашылуы: Cas9 ферменті ДНҚ-ны кесу үшін екі бөлек РНҚ-ны (crRNA және tracrRNA) қажет ететіні анықталды.
Инновация: Ғалымдар бұл екі РНҚ-ны біріктіріп, бір тізбекті бағыттаушы РНҚ (sgRNA) жасап шығарды. Бұл геномды редакциялауды бірнеше есе жеңілдетті.
Тұңғыш мақұлданған терапия (FDA, 2023)
Негізгі факт: АҚШ-тың FDA басқармасы CRISPR негізіндегі алғашқы Casgevy (exagamglogene autotemcel) препаратын ресми түрде бекітті.
Сынақ нәтижесі: Клиникалық сынаққа қатысқан орақ тәрізді жасушалы анемиямен ауыратын пациенттердің 93.5%-ы (31-дің 29-ы) емдеуден кейін кем дегенде 12 ай бойы ауырсыну криздерінен толық арылған.
Әсері: Бұл медицина тарихында CRISPR технологиясының зертханадан шығып, адам өмірін құтқаратын ресми дәріге айналған алғашқы сәті болды.
Пайдаланылған әдебиеттер
https://www.google.com/url?sa=i&source=web&rct=j&url=https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-approves-first-gene-therapies-treat-patients-sickle-cell-disease&ved=2ahUKEwimu6bVraSXAxVXhv0HHdoeGUgQy_kOegYIAAgTEAI&opi=89978449&cd&psig=AOvVaw1gNRN7vQ_aydms4BOkGlxZ&ust=1791340539131000
Jinek M., Doudna J., Charpentier E., et al. "A Programmable Dual-RNA-Guided DNA Cleavage in Adaptive Bacterial Immunity"
Jansen, R., Embden, J. D., Gaastra, W., & Schouls, L. M. (2002). Identification of genes that are associated with CRISPR repeats. Molecular Microbiology, 43(6), 1565-1575.
Mojica, F. J., Díez-Villaseñor, C., García-Martínez, J., & Soria, E. (2005). Intervening sequences of regularly spaced prokaryotic repeats derive from foreign genetic elements. Journal of Molecular Evolution, 60, 174-182.
Deltcheva, E., Chylinski, K., Sharma, C. M., Gonzales, K., Chao, Y., Pirzada, Z. A., ... & Charpentier, E. (2011). CRISPR RNA maturation by trans-encoded small RNA and host factor RNase III. Nature, 471(7340), 602-607.
:
