Dyr der giver håb

Dyr der giver håb

Oleg Makarov
"Popular Mechanics" №4, 2016

En af de værste sygdomme, som naturen giver på mennesker, er genetisk. Du kan med succes klare de sygdomsfremkaldende stoffer – bakterier og vira, men hvis problemet er i det menneskelige genom fra fødslen, er det ekstremt svært at hjælpe patienten. Moderne videnskab søger stædigt muligheden for at "reparere" muterede gener.

Duchenne myodystrofi er en af ​​de sjældne, men stadig relativt almindelige genetiske sygdomme. Sygdommen diagnosticeres i en alder af tre til fem, normalt i drenge, der først manifesterer sig i forhindrede bevægelser. Ved en alder af ti, der lider af en sådan myodystrofi, kan ikke længere gå, om 20-22 år slutter sit liv. Det skyldes en mutation af dystrofingenet, som er på X-kromosomet. Det koder for et protein, som forbinder muskelcellens membran med kontraktile fibre. Funktionelt er det en slags forår, der sikrer glat reduktion og integritet af cellemembranen. Mutationer i genet fører til dystrofi af skeletmuskulaturvæv, membran og hjerte. Behandling af sygdommen er palliativ og tillader kunlindre nogle lidelser. Men med udviklingen af ​​genteknologi fremkom der et lys ved enden af ​​tunnelen.

Om krig og fred

Genterapi er levering af nukleinsyrebaserede konstruktioner i celler til behandling af genetiske sygdomme. Med denne terapi kan du rette op på det genetiske problem på niveauet med DNA og RNA, idet du ændrer ekspressionsprocessen af ​​det ønskede protein. For eksempel kan DNA leveres til en celle med en korrigeret sekvens, med hvilken et funktionelt protein syntetiseres. Eller derimod er deletioner af visse genetiske sekvenser mulige, hvilket også vil bidrage til at reducere de skadelige virkninger af en mutation. I teorien er dette simpelt, men i praksis er genterapi baseret på de mest komplekse teknologier til at arbejde med mikrovirksomhedens genstande og er en kombination af avanceret knowhow inden for molekylærbiologi.

"Dystrophin-genet, hvis mutationer producerer Duchenne myodystrofi, er enormt," siger udviklingsleder for bioteknologiselskabet Marlin Biotech, Ph.D. i biologi Vadim Zhernovkov. i romanen "krig og fred".Og lad os forestille os, at vi har trukket nogle vigtige sider fra det episke. Hvis der beskrives væsentlige begivenheder på disse sider, ville forståelsen af ​​bogen allerede være vanskelig. Men genet er mere kompliceret. At finde en anden kopi af krig og fred er let, og så kan de manglende sider læses. Men dystrofingenet er i X-kromosomet, og hos mænd er det alene. I kønschromosomerne hos drenge opbevares således kun en kopi af genet ved fødslen. Der er intet andet at tage.

Endelig er det vigtigt at bevare læserammen ved syntetisering af protein fra RNA. Læserammen bestemmer hvilken gruppe af tre nukleotider der læses som et kodon, hvilket svarer til en aminosyre i et protein. Hvis der er en deletion i genet af et DNA-fragment, der ikke er et multipel af tre nukleotider, forekommer der et læseramme skift – kodningsændringen. Dette kan sammenlignes med situationen, når alle bogstaver efter de revet sider i hele den resterende bog erstattes af de næste i alfabetisk rækkefølge. Få gibberish. Det er det samme med et ukorrekt syntetiseret protein. "

Biomolekylært gips

En af de effektive metoder til genterapi til genopretning af normal proteinsyntese springer exoner under anvendelse af korte nukleotidsekvenser.I Marlin Biotech er teknologien til at arbejde med dystrofingenet allerede udviklet ved hjælp af denne metode. Som det er kendt, bliver den såkaldte præmatrix-RNA i transkriptionsprocessen (RNA-syntese) først dannet, omfattende både proteinkodende regioner (exoner) og ikke-kodende (introner). Dernæst begynder splejsningsprocessen, hvor intronerne og exonerne adskilles og et "modent" RNA dannes, der kun består af exoner. På dette tidspunkt kan nogle exoner blokeres, "dækket op" ved hjælp af specielle molekyler. Som følge heraf vil der i det modne RNA ikke være de kodende regioner, som vi foretrækker at slippe af med, og således bliver læsningsrammen genoprettet, proteinet vil blive syntetiseret.

"Vi har debugged denne teknologi. in vitro, – siger Vadim Zhernovkov, – det vil sige på cellekulturer dyrket fra celler af patienter med Duchenne myodystrofi. Men individuelle celler er ikke en organisme. Ved invaderende celleprocesser skal vi observere virkningerne live, men det er ikke muligt at involvere mennesker i test af forskellige årsager, fra etisk til organisatorisk. Derfor blev det nødvendigt at få en model af Duchenne myodystrofi med visse mutationer baseret på et laboratoriedyr. "

Sådan stikker du microworld

Transgene mus giver dig mulighed for at skabe levende modeller af svære menneskelige genetiske sygdomme. Folk bør være taknemmelige for disse små væsner.

Transgene dyr er dyr, der er opnået i laboratoriet, i hvilket genom med målbevidst bevidst ændringer foretages. Tilbage i 70'erne af det sidste århundrede blev det klart, at skabelsen af ​​transgene er den vigtigste metode til at studere gener og proteiner. En af de tidligste metoder til opnåelse af en fuldstændigt genetisk modificeret organisme var injektionen af ​​DNA i pronucleusen ("forstadie af kernen") af zygotterne af befrugtede æg. Dette er logisk, da det er nemmest at ændre genomet af et dyr i begyndelsen af ​​dets udvikling.

Juvelerer er jaloux. DNA-injektion i pronucleus-zygot er en af ​​de tidligste og mest traditionelle transgene teknologier. Injektionen udføres manuelt med ultrafine nåle under et mikroskop med en 400 gange forstørrelse

Injektion i zygotens kerne er en meget ubehagelig procedure, fordi vi taler om mikroskalaer. Musens ægcelle har en diameter på 100 μm, og pronucleus er 20 μm. Operationen foregår under et mikroskop med en 400 gange forstørrelse, men injektionen er det mest manuelle arbejde.Selvfølgelig anvendes ikke en traditionel sprøjte til "injektionen", men en speciel glasnål med en hul kanal inde, hvor genmaterialet er samlet. Den ene ende kan holdes i hånden, og den anden – ultra-tynd og skarp – er praktisk taget usynlig for det blotte øje. Selvfølgelig kan en sådan skrøbelig konstruktion af borosilicatglas ikke opbevares i lang tid, derfor er der et sæt blanke til rådighed for laboratoriet, som trækkes ud på en speciel maskine lige før arbejdet. Der anvendes et specielt system med kontrastbilleddannelse af cellen uden farvning. Interferens med pronucleus i sig selv er traumatisk og er en risikofaktor for celleoverlevelse. Maling ville være en anden sådan faktor. Heldigvis er æggene ret faste, men antallet af zygoter, der giver anledning til transgene dyr, udgør kun få procent af det samlede antal æg, hvor DNA-injektion blev lavet.

Den næste fase er kirurgisk. En operation udføres ved transplantationen af ​​mikroinjicerede zygoter i ovidukttragten i recipientmusen, som vil blive surrogatmoren til fremtidig transgen.Derefter passerer laboratoriedyret gennem graviditetscyklussen på en naturlig måde, og afkom er født. Normalt i kuldet er ca. 20% af transgene mus, hvilket også indikerer metodenes ufuldkommenhed, fordi den indeholder et stort element af tilfældighed. Med injektionen kan forskeren ikke styre, hvordan præcis de indsatte DNA-fragmenter vil integrere i genomet af den fremtidige organisme. Der er en høj sandsynlighed for sådanne kombinationer, som vil føre til dyrets død på embryonale stadium. Ikke desto mindre fungerer metoden og er meget velegnet til en række videnskabelige formål.

DNA saks

Men der er en mere effektiv måde baseret på målrettet genom redigering ved hjælp af CRISPR / Cas9 teknologi. "I dag er molekylærbiologi noget, der ligner æra med fjerne havsekspeditioner under sejl," siger Vadim Zhernovkov. "Praktisk hvert år opstår der betydelige opdagelser i denne videnskab, der kan ændre vores liv. , undersøgte bakteriearter er immune mod virusinfektioner. Som et resultat af yderligere undersøgelser viste det sig, at bakterielt DNA indeholder specifikke loci (CRISPR),fra hvilke fragmenter af RNA syntetiseres, som komplementært kan binde til nukleinsyrer af fremmede elementer, for eksempel DNA eller RNA af vira. Cas9, et enzym nuklease, binder til dette RNA. RNA tjener som en Cas9 guide, der mærker en specifik region af DNA, hvor nuklease gør et snit. Omkring tre til fem år siden optrådte de første videnskabelige artikler, hvor CRISPR / Cas9 teknologi blev udviklet til redigering af genomet. "

Protein-cutter. Diagrammet viser CRISPR / Cas9-processen, som involverer subgenomisk RNA (sgRNA), dets sektion virker som en RNA-vejledning, såvel som Cas9-proteinuklease, som skærer gennem begge tråde af genomisk DNA ved den angivne RNA-vejledning.

Sammenlignet med metoden til at indføre konstruktionen til tilfældig indsættelse giver den nye metode dig mulighed for at vælge elementer af CRISPR / Cas9-systemet på en sådan måde, at den præcist målretter RNA-guider til de rigtige dele af genomet og opnår en målrettet deletion eller insertion af den ønskede DNA-sekvens. Fejl er også mulige ved denne metode (RNA-vejledningen er undertiden ikke forbundet med den region, den er rettet mod), men ved hjælp af CRISPR / Cas9 er effektiviteten af ​​transgenoprettelsen allerede omkring 80%."Denne metode har brede udsigter og ikke kun for at skabe transgene, men også på andre områder, især i genterapi," siger Vadim Zhernovkov. "Teknologien er dog kun i starten og forestiller sig, at det inden for en nær fremtid koden for mennesker vil være ret vanskelig med CRISPR / Cas9. Så længe der er en mulighed for en fejl, er der en fare for, at en person vil miste en vigtig kodende del af genomet. "

Mælke medicin

Udviklingen af ​​transgene teknologier tillader produktion af animalske proteiner krævet af lægemiddelindustrien. Disse proteiner ekstraheres fra mælken af ​​transgene geiter og køer. Der er også teknologier til opnåelse af specifikke proteiner fra kyllingæg.

Det russiske selskab Marlene Biotech formåede at skabe en transgen mus, hvori mutationen, der førte til Duchenne myodystrofi, blev fuldt reproduceret, og det næste skridt ville være testning af genterapi teknologier. Samtidig er oprettelsen af ​​modeller af menneskelige genetiske sygdomme baseret på forsøgsdyr ikke den eneste mulige anvendelse af transgene. Således er der i Rusland og vestlige laboratorier arbejdet på bioteknologiområdet, hvilket gør det muligt at opnå medicinske proteiner af animalsk oprindelse, der er vigtige for medicinalindustrien.Som producenter kan køer eller geder anvendes, hvor det cellulære apparat til produktion af proteiner indeholdt i mælk kan ændres. Medicinsk protein kan ekstraheres fra mælk, som ikke opnås ved kemiske midler, men ved at anvende en naturlig mekanisme, som vil øge effektiviteten af ​​lægemidlet. I øjeblikket er teknologier blevet udviklet til fremstilling af sådanne medicinske proteiner som human lactoferrin, prourokinase, lysozym, atrin, antithrombin og andre.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

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