Haiwan yang memberikan harapan

Haiwan yang memberikan harapan

Oleg Makarov
"Mekanik Popular" №4, 2016

Salah satu penyakit paling teruk yang diberikan kepada manusia adalah genetik. Anda boleh berjaya menangani agen penyebab penyakit – bakteria dan virus, tetapi jika masalahnya dalam genom manusia sejak lahir, sangat sukar untuk membantu pesakit. Sains moden berusaha mencari peluang untuk "memperbaiki" gen yang bermutasi.

Myodstrophy Duchenne adalah salah satu penyakit genetik yang jarang, tetapi masih agak biasa. Penyakit ini didiagnosis pada usia tiga hingga lima tahun, biasanya pada anak lelaki, yang pertama kali muncul pada gerakan yang terhalang, pada usia sepuluh yang menderita myodistropi tersebut tidak dapat berjalan lagi, dengan usia 20-22 tahun hayatnya berakhir. Ia disebabkan oleh mutasi gen dystrophin, yang terdapat pada kromosom X. Ia mengkodekan protein yang menghubungkan membran sel otot dengan gentian kontraksi. Secara fungsional, ia adalah sejenis musim bunga yang memastikan pengurangan dan integriti lancar membran sel. Mutasi di dalam gen menyebabkan kemudaratan tisu otot skeletal, diafragma dan jantung. Rawatan penyakit ini adalah paliatif dan membolehkan sahajamelegakan beberapa penderitaan. Walau bagaimanapun, dengan perkembangan kejuruteraan genetik, cahaya muncul di hujung terowong.

Mengenai peperangan dan keamanan

Terapi gen adalah penyerapan pembinaan asid nukleik ke dalam sel untuk rawatan penyakit genetik. Dengan terapi ini, anda boleh membetulkan masalah genetik di peringkat DNA dan RNA, mengubah proses ungkapan protein yang dikehendaki. Sebagai contoh, DNA boleh dihantar ke sel dengan urutan yang diperbetulkan dengan mana protein berfungsi disintesis. Atau, sebaliknya, penghapusan urutan genetik tertentu mungkin, yang juga akan membantu mengurangkan kesan berbahaya mutasi. Secara teorinya, ini adalah mudah, tetapi dalam amalan terapi gen adalah berdasarkan teknologi yang paling rumit untuk bekerja dengan objek mikroworld dan merupakan kombinasi pengetahuan terkini dalam bidang biologi molekul.

"Gen dystrophin, mutasi yang menghasilkan Dodenne myodstrophy, sangat besar," kata pengarah pembangunan syarikat bioteknologi, Marlin Biotech, Ph.D. dalam biologi Vadim Zhernovkov. "Ia termasuk 2.5 juta pasangan asas, yang boleh dibandingkan dengan jumlah huruf dalam novel "Perang dan Damai".Dan bayangkan kita telah mengeluarkan beberapa halaman penting dari epik tersebut. Sekiranya peristiwa-peristiwa penting diterangkan di halaman-halaman ini, pemahaman buku itu sudah sukar. Tetapi gen lebih rumit. Mencari satu lagi salinan Perang dan Damai adalah mudah, dan kemudian halaman yang hilang dapat dibaca. Tetapi gen dystrophin berada dalam kromosom X, dan pada lelaki ia sendirian. Oleh itu, dalam kromosom seks pada kanak-kanak lelaki, hanya satu salinan gen disimpan semasa lahir. Tidak ada tempat lain untuk diambil.

Akhir sekali, apabila mensintesis protein dari RNA, penting untuk mengekalkan bingkai bacaan. Bingkai bacaan menentukan kumpulan tiga nukleotida dibaca sebagai kodon, yang sepadan dengan satu asid amino dalam protein. Sekiranya ada penghapusan gen dalam fragmen DNA yang tidak berganda daripada tiga nukleotida, pergeseran bingkai berlaku – perubahan pengekodan. Ini boleh dibandingkan dengan keadaan apabila, selepas halaman yang koyak, dalam keseluruhan buku yang tinggal, semua huruf akan digantikan oleh yang seterusnya dalam susunan abjad. Dapatkan pedang. Itulah perkara yang sama dengan protein yang tidak disintesis secara tidak betul. "

Plaster biomolekul

Salah satu kaedah berkesan terapi gen untuk memulihkan sintesis protein biasa adalah melangkau ekson menggunakan urutan nukleotida pendek.Di Marlin Biotech, teknologi bekerja dengan gen dystrophin telah dibangunkan menggunakan kaedah ini. Seperti yang diketahui, dalam proses transkripsi (sintesis RNA), RNA prematrix yang pertama terbentuk, yang terdiri daripada kedua-dua kawasan pengekod protein (exons) dan bukan pengekodan (intron). Seterusnya, proses splicing bermula, di mana intron dan exon dipisahkan dan RNA "matang" dibentuk, hanya terdiri daripada exon. Pada ketika ini, sesetengah exon boleh disekat, "ditutup" dengan bantuan molekul khas. Akibatnya, dalam RNA yang matang tidak akan ada kawasan pengekodan yang kita lebih suka untuk menyingkirkan, dan dengan itu bingkai bacaan akan dipulihkan, protein itu akan disintesis.

"Kami telah menyebarkan teknologi ini. dalam vitro, – Vadim Zhernovkov berkata, – iaitu, pada budaya sel yang ditanam dari sel-sel pesakit dengan myodistrop Duchenne. Tetapi sel individu bukan organisma. Apabila menyerang proses sel, kita mesti memerhatikan kesannya secara langsung, tetapi tidak mungkin melibatkan manusia dalam ujian untuk pelbagai sebab, dari segi etika hingga organisasi. Oleh itu, ia menjadi perlu untuk mendapatkan model myodistrop Duchenne dengan mutasi tertentu berdasarkan haiwan makmal. "

Bagaimana untuk menipu microworld

Tikus transgenik membolehkan anda membuat model hidup penyakit genetik manusia yang teruk. Orang harus bersyukur kepada makhluk kecil ini.

Haiwan transgenik adalah haiwan yang diperolehi di makmal, dalam genom yang telah berubah secara sengaja dan sengaja dibuat. Kembali pada tahun 70-an abad yang lalu, menjadi jelas bahawa penciptaan transgenes adalah kaedah yang paling penting untuk mengkaji fungsi gen dan protein. Salah satu kaedah paling awal untuk mendapatkan organisma diubahsuai secara genetik adalah suntikan DNA ke dalam pronucleus ("prekursor nukleus") daripada zygote telur yang disenyawakan. Ini adalah logik, kerana ia adalah yang paling mudah untuk mengubah genom haiwan pada awal perkembangannya.

Jewelers cemburu. Suntikan DNA ke zigot pronucleus adalah salah satu teknologi transgenik terawal dan paling tradisional. Suntikan ini dilakukan secara manual menggunakan jarum ultrafin di bawah mikroskop dengan pembesaran 400 kali ganda

Suntikan ke dalam inti zigot adalah prosedur yang sangat tidak menyenangkan, kerana kita bercakap mengenai mikroskop. Sel telur tetikus mempunyai diameter 100 μm, dan pronucleus adalah 20 μm. Operasi berlaku di bawah mikroskop dengan perbesaran 400 kali ganda, tetapi suntikan adalah kerja yang paling manual.Sudah tentu, bukan jarum tradisional digunakan untuk "suntikan", tetapi jarum kaca khas dengan saluran berongga di dalam mana bahan gen dikumpulkan. Satu hujung boleh diadakan di tangan, dan yang lain – ultra-nipis dan tajam – hampir tidak dapat dilihat dengan mata kasar. Sudah tentu, pembinaan kaca borosilat yang rapuh tidak boleh disimpan untuk masa yang lama, oleh itu terdapat satu set kosong pada pelupusan makmal, yang dikeluarkan pada mesin khas sebelum bekerja. Satu sistem pengoksidaan kontras sel tanpa pewarnaan digunakan – gangguan terhadap pronucleus itu sendiri adalah traumatik dan merupakan faktor risiko untuk survival sel. Cat akan menjadi faktor lain. Nasib baik, telurnya agak kuat, tetapi bilangan zigot yang menimbulkan hewan transgenik membentuk hanya beberapa peratus daripada jumlah telur di mana suntikan DNA dibuat.

Peringkat seterusnya adalah pembedahan. Operasi dilakukan pada pemindahan zigot mikroinjected ke corong oviduk tetikus penerima, yang akan menjadi ibu surrogate untuk transgene masa depan.Kemudian haiwan makmal mengalir melalui kitaran kehamilan secara semula jadi, dan keturunan dilahirkan. Biasanya dalam sampah kira-kira 20% tikus transgenik, yang juga menunjukkan ketidaksempurnaan kaedah, kerana ia mengandungi unsur besar peluang. Dengan suntikan itu, penyelidik tidak dapat mengawal betapa tepatnya serpihan DNA yang dimasukkan akan disatukan ke dalam genom organisme masa depan. Kebarangkalian kemungkinan kombinasi seperti ini akan menyebabkan kematian haiwan di peringkat embrio. Walau bagaimanapun, kaedah ini berfungsi dan agak sesuai untuk beberapa tujuan saintifik.

Gunting DNA

Tetapi ada cara yang lebih berkesan berdasarkan penyuntingan genom yang disasarkan menggunakan teknologi CRISPR / Cas9. "Hari ini, biologi molekular agak serupa dengan era ekspedisi laut yang jauh di bawah pelayaran," kata Vadim Zhernovkov. "Hampir setiap tahun, penemuan penting berlaku dalam sains ini yang dapat mengubah kehidupan kita. , spesies bakteria yang dikaji adalah kebal terhadap jangkitan virus. Hasil penyelidikan selanjutnya, DNA bakteria mengandungi loci tertentu (CRISPR),dari mana serpihan RNA disintesis, yang boleh melekatkan pada asid nukleat unsur asing, contohnya, DNA atau RNA virus. Cas9, sebuah enzyme nuclease, mengikat RNA ini. RNA bertindak sebagai panduan Cas9 yang menandakan suatu kawasan khusus DNA di mana nuclease membuat potongan. Sekitar tiga hingga lima tahun yang lalu, kertas saintifik pertama muncul di mana teknologi CRISPR / Cas9 telah dibangunkan untuk pengeditan genom. "

Pemotong protein. Rajah ini menunjukkan proses CRISPR / Cas9, yang melibatkan RNA subgenom (sgRNA), bahagiannya bertindak sebagai panduan RNA, serta protein nukleus Cas9, yang memotong kedua-dua helai DNA genom pada panduan RNA yang ditunjukkan.

Berbanding dengan kaedah memperkenalkan pembinaan untuk penyisipan rawak, kaedah baru membolehkan anda memilih unsur-unsur sistem CRISPR / Cas9 sedemikian rupa untuk tepat mensasarkan panduan RNA ke bahagian kanan genom dan mencapai penghapusan sasaran atau penyisipan urutan DNA yang dikehendaki. Kesilapan juga mungkin dalam kaedah ini (panduan RNA kadang-kadang tidak disambungkan ke rantau yang mana ia bertujuan), bagaimanapun, menggunakan CRISPR / Cas9, kecekapan penciptaan transgene sudah kira-kira 80%."Kaedah ini mempunyai prospek yang luas, dan bukan hanya untuk mewujudkan transgenes, tetapi juga di kawasan lain, terutamanya dalam terapi gen," kata Vadim Zhernovkov. "Bagaimanapun, teknologi ini hanya pada mulanya, dan membayangkan bahawa dalam masa terdekat untuk membetulkan gen kod orang akan agak sukar dengan CRISPR / Cas9. Selagi ada kemungkinan kesilapan, ada bahaya bahawa seseorang akan kehilangan sebahagian pengekodan penting dari genom tersebut. "

Ubat susu

Perkembangan teknologi transgenik membolehkan pengeluaran protein haiwan yang dituntut oleh industri farmaseutikal. Protein ini diekstrak daripada susu kambing dan lembu transgenik. Terdapat juga teknologi untuk mendapatkan protein tertentu dari telur ayam.

Syarikat Rusia Marlene Biotech berjaya mencipta tetikus transgenik di mana mutasi yang membawa kepada myodistrop Duchenne telah direproduksi sepenuhnya, dan langkah seterusnya akan menguji teknologi terapi gen. Walau bagaimanapun, penciptaan model penyakit genetik manusia berdasarkan haiwan makmal bukanlah satu-satunya cara penggunaan transgenes. Oleh itu, di Rusia dan makmal Barat, kerja sedang dijalankan dalam bidang bioteknologi, yang memungkinkan untuk mendapatkan protein perubatan dari hewan yang penting untuk industri farmaseutikal.Sebagai pengeluar, lembu atau kambing boleh digunakan, di mana alat selular untuk menghasilkan protein yang terkandung dalam susu dapat diubah. Protein ubat dapat diekstrak dari susu, yang diperoleh bukan dengan cara kimia, tetapi dengan menggunakan mekanisme semulajadi, yang akan meningkatkan keberkesanan obat tersebut. Pada masa ini, teknologi telah dibangunkan untuk menghasilkan protein ubat seperti lactoferrin manusia, prourokinase, lysozyme, atrin, antitrombin, dan lain-lain.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: