Я читал, что CRISPR/Cas9 в настоящее время внедряется и тестируется на его способность редактировать геномы в живых клетках, и что он вытесняет другие инструменты редактирования генома в лабораториях, такие как TALEN и нуклеазы цинковых пальцев.
Я понимаю, что может быть несколько показателей, используемых для анализа любой системы редактирования генома. Одним из них является эффективность, которую можно измерить, возможно, в количествах редакций за время или редакций на молекулу. Другой метрикой может быть частота ошибок. Какова вероятность того, что геном изменен не так, как предполагалось? Другой метрикой может быть длина генома, который может быть отредактирован за один раз.
Я также читал, что CRISPR/Cas9 эволюционировал в бактериях. Когда CRISPR/Cas9 развился в истории жизни на Земле?
Если CRISPR/Cas9 развился в бактериях и до других эволюционных достижений, включая некоторые из тех, которые, возможно, сделали возможными определенные многоклеточные формы жизни, я должен задаться вопросом, эволюционировали ли другие системы, такие как CRISPR/Cas9, но превосходящие ее по некоторым показателям.
Как работает рекомбинация при половом размножении? Может ли это быть связано с биомолекулярными механизмами, такими как CRISPR/Cas9?
Как работает адаптивная иммунная система? Как работает рекомбинация VDJ? Задействована ли передовая (по сравнению с CRISPR/Cas9) система редактирования генома?
Как можно оценить вероятность того, что система, превосходящая CRISPR/Cas9, уже существует?
Много интересных вопросов! Позвольте мне попытаться ответить на некоторые из них, так как я не думаю, что имею право ответить на них все, но, надеюсь, я смогу начать эту тему. Я аспирант в области биофизической химии и в последние пару лет немного слежу за увлечением Crispr Cas9. Так что я ни в коем случае не эксперт по Cas9, но мне это интересно.
Многие предполагают, что пока существовала клеточная жизнь, существовали и вирусы или некоторые облигатные паразиты. Это проистекает из идеи, что вирусы, возможно, не являются «несамостоятельными», а скорее являются частями хозяина, которые становятся неодушевленными частицами, которые покидают клетку, а затем находят другого подходящего хозяина. Некоторые вирусы эволюционировали вместе с хозяином, возможно, для предотвращения вторжения других вирусов в его «дом/биологическую мать». Опять же, большая часть этого абзаца является просто предположением, но вполне вероятно, что системы CRISPR или адаптивные иммунные системы, подобные ей, существуют столько же, сколько существуют вирусы/облигатные паразиты.
Коэффициенты ошибок. Вы можете просмотреть некоторые недавно опубликованные статьи, но идея состоит в том, что существует много коэффициентов ошибок, особенно если РНК конститутивно транскрибируется с плазмиды. Некоторые люди предложили доставлять не плазмиды для направляющих РНК и белка Cas9, а вместо этого белок Cas9 в комплексе с самой РНК. Другие способы контролировать количество, которое вы доставляете в клетку, включают доставку РНК белка Cas9, чтобы он в конечном итоге расщепился. Это позволяет избежать осложнений, связанных с доставкой ДНК, которая может быть транскрибирована несколько раз, что потенциально может привести к затоплению вашей клетки белком cas9 или направляющими РНК, что увеличивает вероятность нецелевых эффектов. Или вы можете иметь белок cas9 и плазмиды направляющей РНК под индуцируемыми промоторами,
Что касается того, есть ли другие системы, «превосходящие» ее, и под «превосходной» вы подразумеваете более эффективную и имеющую меньше побочных эффектов? Конечно, эти вещи вполне могут существовать, поскольку мы еще не секвенировали всю планету! Шутки в сторону, возможно, начните искать исследовательские группы, изучающие адаптивный иммунитет у прокариот, вы можете найти интересные идеи...
VDJ — очень крутая система, о которой я мало что знаю, но этот обзор, возможно, стоит проверить:
«Механизм и контроль рекомбинации V (D) J по сравнению с рекомбинацией ClassSwitch: сходства и различия», которые можно найти здесь .
Также рекомбинация в мейотической и митотической репликации рассматривается в этом обзоре: «Мейотическая и митотическая рекомбинация: два разных пути восстановления двухцепочечных разрывов», который доступен здесь .
Поэтому, чтобы ответить на ваш вопрос, мне придется уступить кому-то другому!
У меня к вам вопрос, что такое "продвинутый"? Жизнь в том виде, в каком мы ее понимаем, развивалась около 3-4 миллиардов лет. «Расширенный» предполагает, что один организм эволюционировал лучше или быстрее. Я не знаю, назвал бы я что-то более продвинутым само по себе, но, может быть, более сложным и способным быстро адаптироваться к новым условиям окружающей среды? Бактерии превзошли нас, если бы произошли быстрые изменения в окружающей среде, глобальное потепление, падение астероидов на планету и т. д.
Оценка этой вероятности требует знания того, насколько велико все пространство последовательностей Земли, некоторые оценивают от 5 до 50 миллионов эукариотических видов, но это зависит от того, какую метрику вы бы использовали для определения нового вида. Для прокариот неизвестно. Я предполагаю, что у вас есть сотни миллионов различных организмов, способных иметь какой-то тип адаптивной иммунной системы, которая может по своей сути отличаться от системы CRISPR/Cas9, но все еще использует некоторые сходные элементы, такие как комплементация нуклеиновых кислот, в качестве способа защиты. против облигатных паразитов. Тогда возникает вопрос, сколько из этих организмов мы секвенировали и сколько белков мы имеем какое-либо представление о том, как они функционируют, основываясь на сходстве последовательностей с другими белками? Или, если мы непосредственно охарактеризовали их трехмерную структуру на основе криогенной просвечивающей электронной микроскопии (Cryo EM), ЯМР или рентгеновская кристаллография. Итак, я полагаю, что мы только что достигли вершины айсберга в поиске природных ферментов, которые могут функционировать как инструменты редактирования и обнаружения генов. Кроме того, мы можем начать разрабатывать собственные ферменты, подобные тем, над которыми работает профессор Дэвид Бейкер из Университета Вашингтона. Огромный океан, чтобы исследовать, возьмите с собой молекулярную удочку :-)
Бехзад Роушанраван