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Um Recém-Descoberto Pequena CRISPR Proteína Pacotes de um Gigante de Soco Para o Gene Humano Edição

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O CRISPR família cresceu. O recém-chegado? Um pequeno DNA-chomping Cas de proteína, escondida dentro gigante vírus.

Essa é a recente descoberta do Dr. Jennifer Doudna laboratório, um dos descobridores do CRISPR, na Universidade da Califórnia, em Berkeley.

Você já ouviu falar de CRISPR: o prodígio gene ferramenta de edição que é muito mais fácil e mais barato do que qualquer outra modificação genética métodos. Ele disparou em fama em ensaios clínicos, apenas alguns anos após a sua descoberta inicial, potencialmente, sozinho, salvar o futuro da terapia gênica.

Desde a sua descoberta inicial, CRISPR floresceu em um canivete Suíço para a terapia genética mundo: do nerd laboratório de pesquisa e desenvolvimento de ensaios clínicos de distúrbios genéticos, CRISPR parece imparável. Ele ainda ganhou vários alto-perfil de spin-offs: versões diferentes de seus genes-tesoura de corte, chamado Cas proteínas, que apenas trocar única códigos genéticos, ou agir como canárias para vírus como o que, atualmente, fazendo com que a pandemia.

Na última edição da semana de Ciência, Doudna e sua equipe apenas relatou uma outra versão que pode revolucionar CRISPR como um todo.

Você vê, a maioria dos “tesoura” Cas proteínas provenientes de dois ramos da vida: bacteria e archaea. Eles são usados como ferramentas para lutar contra as infecções virais, que atormentá-los tanto quanto eles aterrorizar-nos.

Ainda um tipo especial de vírus, chamados de bacteriófagos, ou comedores de bactérias, também de porto Cas de proteínas, quase metade do tamanho de qualquer coisa que já anteriormente identificados. No novo estudo, a equipe constatou que esses alienígenas Cas proteínas—apelidado de Cas—Φ pode facilmente seccionam material genético humano e células vegetais. O que é mais, por causa de seu pequeno tamanho, eles podem espremer em genética de fendas para cortar o DNA previamente protegido por seu ambiente circundante.

Em outras palavras, tocando o mecanismo geralmente usado para combater o vírus, mas a partir de um vírus em si, temos um potencial muito mais poderoso CRISPR ferramenta capaz de edição muito mais áreas do nosso genoma do que o anteriormente esperado. O que é mais, porque esses Cas Φ são tão pequenos, eles podem facilmente entrar nas células, aumentando ainda mais gene-edição eficácia.

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“Quando pensamos sobre como CRISPR vai ser aplicado no futuro, que é realmente um dos mais importantes gargalos para o campo agora: a entrega. Pensamos que esta muito pequena de vírus-codificado CRISPR-sistema Cas pode ser uma maneira de quebrar essa barreira”, disse Doudna.

No CRISPR-Versículo

CRISPR foi tão proeminente como um gene ferramenta de edição que é fácil esquecer as suas origens humildes.

O sistema de uma molécula de tag-team originalmente descoberto em bactérias como uma espécie de sistema imunológico para lutar contra ataques virais. O primeiro componente, guia de RNA, é um viral com o gene encontrar a ferramenta que verifica a célula do ambiente para a entrada de ataques virais. Uma vez reconhecida, a ferramenta persegue aqueles genético viral bits, e o Cas—o componente protéico—literalmente costeletas até o DNA viral ao genoma. Nenhum genes, não há novos vírus.

Cientistas eventualmente decodificado estes processos da vida, para que possamos seqüestrar o sistema para o gene de edição. Em vez de caçar genes virais, por exemplo, podemos adaptar a ferramenta para triagem de doença-causando mutações genéticas, e o programa de Cas9—o clássico “tesoura proteína”—para cortar aqueles em vez disso.

Apesar de seu enorme sucesso, CRISPR-Cas tem um calcanhar de Aquiles. Nossos genes estão protegidos dentro de uma física biológica da bolha, o que torna difícil para a maioria das moléculas de inserir—imagem de uma parede ao redor do castelo de destino, e CRISPR como um exército invasor. Enquanto guia RNAs são muito pequenas, Cas proteínas não são. Eles não podem bombardear o seu caminho para dentro das células.

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A solução é compactar todo o CRISPR-sistema Cas em um benevolente vírus (sim, aqueles existir). Porque os vírus são extremamente eficientes no túnel para dentro das células, eles são a perfeita transportadoras para transportar o gene sistema de edição dentro das células. Mas como um Carro Inteligente, viral operadoras também têm uma capacidade limitada. A maioria dos Cas proteínas imposto de sua carga, fazer a entrega do processo menos eficiente do que possível.

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O Nome É Phi, Cas Phi

Se o clássico Cas proteínas são tanques, em seguida, Cas Φ (pronuncia-se “phi”) é um assassino furtivo.

Cas Φ funciona para um gigante chamado de vírus bacteriófagos. Estes são os vírus que nos deixa só o ser humano, mas matar bactérias, injetando seu material genético em células bacterianas. Sob o escopo, fagos aparência adorável angular bobble-heads empoleirado no topo de alguns frágil pernas. Eles pertencem a um grupo de vírus denominado “Biggiephage” (não é piada!).

Mas eles pack grave soco. No ano passado, autor do estudo, Basem Al-Shayeb descobriu que fagos também harbor Cas, proteínas semelhantes às bactérias normalmente usa para matar os vírus. É a primeira vez que alguém encontra o vírus matar Cas proteínas dentro de um vírus, e—surpreendentemente—eles são extremamente compacto. Eles também são muito capaz de cortar o material genético de qualquer outra invasão de vírus, de modo que os fagos ganhar uma mão superior em infectar uma célula bacteriana.

Estes resultados estimularam a equipe de perguntar: se o Cas Φ é um pequeno e compacto killer disfarçado em bactérias, funciona em humanos também?

Neste novo estudo, a equipe cavou mais fundo no Cas Φ. Como tesoura cirúrgica, estas proteínas são incrivelmente simplificada comparado com o clássico Cas9, ainda parecem ser funcionalmente equivalente.

Usando uma variedade de ferramentas bioquímicas, a equipe descobriu que o Cas Φ pode ser facilmente reprogramado para atingir outras sequências genéticas—não apenas as de outros vírus. Por causa de seu pequeno tamanho, ele também pode apertar em DNA recantos e fendas muito pequenas para anterior Cas proteínas. Semelhante a Cas9, ele fatias e fatias de DNA, mas não RNA, vertentes.

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Em imortalizado rim humano de células cultivadas em uma placa de petri, a equipe descobriu que várias versões do Cas Φ, quando é fornecida uma guia de RNA, prontamente picado por cima de um alvo o gene—exatamente da maneira que o CRISPR sistema geralmente funciona. Os pesquisadores descobriram que o mesmo gene-corte efeitos em células vegetais.

“Este estudo mostra que este vírus codificado CRISPR-Cas proteína é realmente muito bom no que faz, mas é muito menor, cerca de metade do tamanho de Cas9”, disse Doudna.

O Que Vem A Seguir?

A mensagem do estudo é que a natureza tem um inferno de muito mais para oferecer. CRISPR sempre foi conhecido como um mecanismo de defesa contra o vírus. O fato de que os vírus também abrigar um mecanismo semelhante é muito alucinante.

Por agora, a equipe ainda não publicou nenhum de dados se o sistema funciona em animais. Atravessar a célula-para-animais salto sempre foi difícil, mas com Cas9, Cas12a, e outros sistemas de pavimentação do caminho, não é improvável.

Se o Cas Φ não funciona em seres humanos, os bacteriófagos são o nosso melhor amigo. Fagos já provaram ser super-heróis na batalha contra a terrível de infecções bacterianas. O novo estudo sugere que eles também podem ser poderosas gene editores, segmentação mais genes—e, assim, potencialmente, a maioria das doenças genéticas de pessoas em relação ao anterior, CRISPR formulações.

Crédito da imagem: Thor Deichmann de Pixabay

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