Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các kỹ sư y sinh đã phát triển một phương pháp để cải thiện độ chính xác của công nghệ chỉnh sửa bộ gen CRISPR lên trung bình 50 lần. Cách tiếp cận bổ sung một cái đuôi ngắn vào RNA dẫn hướng có thể gập lại và liên kết với chính nó, tạo ra một ‘khóa’ chỉ có thể được hoàn tác bởi chuỗi DNA được nhắm mục tiêu.
Cách tiếp cận thêm một đuôi ngắn vào RNA hướng dẫn được sử dụng để xác định chuỗi DNA để chỉnh sửa. Cái đuôi được thêm vào này gập lại và liên kết với chính nó, tạo ra một “khóa” chỉ có thể được hoàn tác bởi chuỗi DNA được nhắm mục tiêu.
Nghiên cứu xuất hiện trực tuyến vào ngày 15 tháng 4 trên tạp chí Nature Biotech .
“CRISPR nói chung là cực kỳ chính xác, nhưng có những ví dụ cho thấy hoạt động ngoài mục tiêu, vì vậy đã có sự quan tâm rộng rãi trên toàn lĩnh vực trong việc tăng tính đặc hiệu”, Charles Gersbach, Phó Giáo sư Kỹ thuật Y sinh của Rooney tại Duke nói. “Nhưng các giải pháp được đề xuất cho đến nay không thể dễ dàng dịch giữa các hệ thống CRISPR khác nhau.”
CRISPR / Cas9 là một hệ thống phòng thủ mà vi khuẩn sử dụng để nhắm mục tiêu và phân tách DNA của virus xâm nhập. Trong khi phiên bản đầu tiên của công nghệ CRISPR được thiết kế để hoạt động trong các tế bào người có nguồn gốc từ một loại vi khuẩn có tên Streptococcus pyogenes, nhiều loài vi khuẩn khác mang các phiên bản khác.
Các nhà khoa học trong lĩnh vực này đã dành nhiều năm để tìm kiếm các hệ thống CRISPR mới với các đặc tính mong muốn và liên tục bổ sung vào kho vũ khí CRISPR. Ví dụ, một số hệ thống nhỏ hơn và có khả năng phù hợp hơn bên trong vec tơ virus để cung cấp cho các tế bào người để điều trị gen. Nhưng bất kể khả năng cá nhân của họ, đôi khi tất cả đã tạo ra các chỉnh sửa di truyền không mong muốn.
Một đặc tính phổ biến của các hệ thống CRISPR là việc họ sử dụng các phân tử RNA làm hướng dẫn tập trung vào chuỗi DNA được nhắm mục tiêu trong bộ gen. Khi một RNA hướng dẫn tìm thấy trình tự di truyền bổ sung của nó, enzyme Cas9 đóng vai trò là cây kéo tạo ra vết cắt trong DNA, tạo điều kiện thay đổi trình tự bộ gen. Nhưng vì mỗi chuỗi homing chỉ dài 20 nucleotide và bộ gen của con người chứa khoảng ba tỷ cặp cơ sở, nên có rất nhiều thứ để sắp xếp và CRISPR đôi khi có thể mắc lỗi với một hoặc hai cặp cơ sở thiếu hoàn hảo.
Một cách để cải thiện độ chính xác của CRISPR là yêu cầu hai phân tử Cas9 liên kết với các mặt đối diện của cùng một chuỗi DNA để tạo ra một vết cắt hoàn chỉnh. Trong khi phương pháp này hoạt động, nó bổ sung thêm nhiều bộ phận vào hệ thống, làm tăng độ phức tạp của nó và khiến việc cung cấp nó trở nên khó khăn hơn.
Một cách tiếp cận khác là kỹ sư di truyền protein Cas9 để làm cho nó ít năng lượng hơn, do đó, nó ít có khả năng nhảy súng và phạm sai lầm. Mặc dù điều này cũng cho thấy kết quả đầy hứa hẹn, loại kỹ thuật protein này rất tốn công và những nỗ lực như vậy là cụ thể cho từng hệ thống CRISPR.
“Có vẻ như có một hệ thống CRISPR mới được phát hiện gần như mỗi tuần có một loại tài sản duy nhất giúp nó hữu ích cho một ứng dụng cụ thể,” Gersbach nói. “Thực hiện tái thiết kỹ thuật rộng rãi mỗi khi chúng tôi tìm thấy protein CRISPR mới để làm cho nó chính xác hơn không phải là một giải pháp đơn giản.”
“Chúng tôi tập trung vào một giải pháp không thêm nhiều bộ phận và chung cho bất kỳ loại hệ thống CRISPR nào”, Dewran Kocak, nghiên cứu sinh làm việc trong phòng thí nghiệm của Gersbach, người đứng đầu dự án này, nói. “Điều phổ biến đối với tất cả các hệ thống CRISPR là RNA hướng dẫn và các RNA ngắn này dễ chế tạo hơn nhiều.”
Giải pháp của Gersbach và Kocak là mở rộng RNA hướng dẫn lên tới 20 nucleotide theo cách nó tự gập lại và liên kết vào phần cuối của RNA dẫn hướng ban đầu, tạo thành hình dạng kẹp tóc. Điều này tạo ra một loại khóa rất khó thay thế nếu ngay cả một cặp cơ sở duy nhất không chính xác trong chuỗi DNA được xem xét kỹ lưỡng để cắt giảm tiềm năng. Nhưng vì RNA hướng dẫn sẽ thích liên kết với DNA hơn là chính nó, nên sự kết hợp chính xác của DNA vẫn có thể phá vỡ khóa.
Kocak nói: “Chúng tôi có thể tinh chỉnh độ bền của khóa vừa đủ để RNA dẫn hướng vẫn hoạt động khi đáp ứng đúng khớp của nó”.
Trong bài báo, Kocak và Gersbach cho thấy phương pháp này có thể làm tăng độ chính xác của các vết cắt được tạo ra trong tế bào người trung bình gấp 50 lần trên năm hệ thống CRISPR khác nhau có nguồn gốc từ bốn chủng vi khuẩn khác nhau. Và trong một trường hợp, sự cải thiện đó đã tăng lên hơn 200 lần.
“Đó là một ý tưởng khá đơn giản mặc dù Dewran đã hoàn thành nghiên cứu trong vài năm để cho thấy rằng nó hoạt động theo cách mà chúng tôi nghĩ rằng nó hoạt động”, Gersbach nói. “Đó là một giải pháp tốt, thanh lịch để loại bỏ hoạt động ngoài mục tiêu.”
Tiến về phía trước, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ thấy có bao nhiêu biến thể CRISPR khác nhau mà phương pháp này có thể làm việc cũng như hoàn thành một đặc tính chuyên sâu về chính xác cơ chế khóa hoạt động như thế nào để xem có sự khác biệt nào giữa các biến thể CRISPR không. Và bởi vì các thí nghiệm này được thực hiện trong các tế bào nuôi cấy, các nhà nghiên cứu rất mong muốn cách tiếp cận này có thể làm tăng độ chính xác của CRISPR trong mô hình bệnh động vật thực tế.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Duke . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :