Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Sử dụng công nghệ di truyền học tích cực, các nhà sinh học đã phát triển phương pháp tiếp cận dựa trên CRISPR / Cas9 đầu tiên trên thế giới để kiểm soát sự di truyền ở động vật có vú. Thành tựu ở chuột tạo ra nền tảng cho những tiến bộ hơn nữa dựa trên công nghệ này, bao gồm cả nghiên cứu y sinh về bệnh ở người. Các mô hình động vật trong tương lai có thể có thể mắc các bệnh di truyền phức tạp ở người, như viêm khớp và ung thư, hiện không thể thực hiện được.
Các nhà sinh học tại Đại học California San Diego đã phát triển phương pháp tiếp cận dựa trên CRISPR / Cas9 đầu tiên trên thế giới để kiểm soát di truyền ở động vật có vú.
Các nhà khoa học trên thế giới đã sử dụng CRISPR / Cas9 trong nhiều loài thực vật và động vật để chỉnh sửa thông tin di truyền. Một cách tiếp cận để chỉnh sửa bộ gen có thể kiểm soát bản sao nào trong hai bản sao của gen được truyền cho thế hệ tiếp theo. Trong khi các phương pháp “di truyền tích cực” như vậy đã được phát triển trong những năm gần đây ở côn trùng, việc tạo ra các công cụ như vậy ở động vật có vú khó khăn hơn và việc kiểm tra chúng mất nhiều thời gian hơn do thời gian giữa các thế hệ lâu hơn.
Xuất bản công trình của họ vào ngày 23 tháng 1 trên tạp chí Nature , một nhóm các nhà nghiên cứu của UC San Diego đã phát triển một công nghệ di truyền tích cực mới trên chuột. Thành tựu của sinh viên tốt nghiệp UC San Diego Hannah Grunwald, Trợ lý nghiên cứu Valentino Gantz và các đồng nghiệp do Trợ lý giáo sư Kimberly Cooper dẫn đầu, đặt nền tảng cho những tiến bộ hơn nữa dựa trên công nghệ này, bao gồm nghiên cứu y sinh học về bệnh ở người.
“Động lực của chúng tôi là phát triển nó như một công cụ cho các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm để kiểm soát sự di truyền của nhiều gen ở chuột,” Cooper nói. “Với sự phát triển hơn nữa, chúng tôi nghĩ rằng sẽ có thể tạo ra các mô hình động vật của các bệnh di truyền phức tạp ở người, như viêm khớp và ung thư, hiện không thể thực hiện được.”
Để chứng minh tính khả thi ở chuột, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một yếu tố DNA “CopyCat” di truyền thành gen Tyrosinase kiểm soát màu lông. Khi yếu tố CopyCat phá vỡ cả hai bản sao của gen ở chuột, lông có màu đen thay vì màu trắng, một cách đọc rõ ràng về sự thành công của phương pháp của chúng. Phần tử CopyCat cũng được thiết kế sao cho nó không thể tự lây lan qua quần thể, trái ngược với hệ thống “ổ gen” CRISPR / Cas9 ở côn trùng được xây dựng trên cơ chế phân tử cơ bản tương tự.
Trong thời gian dự án hai năm, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nhiều chiến lược để xác định rằng yếu tố CopyCat có thể được sao chép từ nhiễm sắc thể này sang nhiễm sắc thể khác để sửa chữa sự phá vỡ DNA được CRISPR / Cas9 nhắm đến. Kết quả là, yếu tố ban đầu chỉ xuất hiện trên một trong hai nhiễm sắc thể đã được sao chép sang nhiễm sắc thể khác. Ở một trong những gia đình, có tới 86 phần trăm con cái được thừa hưởng yếu tố CopyCat từ bố mẹ cái thay vì 50 phần trăm thông thường.
Phương pháp mới đã làm việc ở chuột cái trong quá trình sản xuất trứng, nhưng không phải trong quá trình sản xuất tinh trùng ở con đực. Điều này có thể là do sự khác biệt về thời gian của bệnh nấm nam và nữ, một quá trình thường ghép cặp nhiễm sắc thể để xáo trộn bộ gen và có thể hỗ trợ sự kiện sao chép kỹ thuật này.
Theo giáo sư Ethan Bier của UC San Diego, đồng tác giả nghiên cứu, kết quả, “mở đường cho các ứng dụng khác nhau trong sinh học tổng hợp bao gồm lắp ráp mô-đun các hệ thống di truyền phức tạp để nghiên cứu các quá trình sinh học đa dạng.”
Cooper và các thành viên trong phòng thí nghiệm của cô hiện đang khởi đầu thành công di truyền động vật có vú đầu tiên này dựa trên một gen duy nhất và cố gắng mở rộng công cụ này thành nhiều gen và tính trạng.
“Chúng tôi đã chứng minh rằng chúng ta có thể chuyển đổi một kiểu gen từ dị hợp tử sang đồng hợp tử. Bây giờ chúng ta muốn xem liệu chúng ta có thể kiểm soát sự di truyền của ba gen ở động vật một cách hiệu quả hay không. Nếu điều này có thể được thực hiện cho nhiều gen cùng một lúc di truyền học, “Cooper nói.
Trong khi công nghệ mới được phát triển để nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, một số người đã hình dung các ổ gen trong tương lai sẽ xây dựng phương pháp này trong tự nhiên để nỗ lực khôi phục sự cân bằng của đa dạng sinh học tự nhiên trong các hệ sinh thái tràn ngập các loài xâm lấn, bao gồm cả loài gặm nhấm.
Bier nói: “Với các tinh chỉnh bổ sung, có thể phát triển các công nghệ điều khiển gen để sửa đổi hoặc có thể làm giảm quần thể động vật có vú là vectơ gây bệnh hoặc gây thiệt hại cho các loài bản địa”.
Tuy nhiên, những dữ liệu này cũng chỉ ra rằng những cải tiến kỹ thuật cần thiết cho sử dụng thực tế trong tự nhiên cho phép có thời gian xem xét cẩn thận những ứng dụng nào của công nghệ mới này có thể và nên được thực hiện. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu lưu ý rằng kết quả của họ chứng minh một tiến bộ đáng kể có thể đã làm giảm thời gian, chi phí và số lượng động vật cần thiết để thúc đẩy nghiên cứu y sinh học về bệnh ở người và để hiểu các loại đặc điểm di truyền phức tạp khác.
“Chúng tôi cũng quan tâm đến việc tìm hiểu các cơ chế tiến hóa,” Cooper nói. “Đối với những đặc điểm nhất định đã phát triển trong hàng chục triệu năm, số lượng thay đổi di truyền lớn hơn chúng ta hiện có thể tập hợp ở chuột để hiểu điều gì đã khiến ngón tay dơi mọc thành cánh chẳng hạn. Vì vậy, chúng tôi muốn tạo ra nhiều những công cụ di truyền tích cực này để hiểu nguồn gốc của sự đa dạng của động vật có vú. “
Cựu thành viên của UC San Diego sau tiến sĩ Gunnar Poplawski (đồng tác giả đầu tiên, hiện tại Đại học Quốc gia Singapore) và Phó Nghiên cứu Nhân viên Xiang-ru Xu cũng đóng góp cho nghiên cứu.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học California – San Diego . Bản gốc được viết bởi Mario Aguilera. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :