CRISPR : 유전자 조작을위한 새로운 도구

CRISPR 시스템은 야채를 신선한 상태로 냉장고에 보관하는 것과 아무런 관련이 없습니다. 그것은 거의 모든 동물에서 게놈 DNA를 조작하는 최신 시스템의 두문자어입니다. 연구원은 유전자를 녹아웃 또는 제거하고, 유전자 발현을 억제하고, CRISPR 기술로 발현을 증가시키기 위해 유전자를 상향 조절할 수 있었다.

연구자들은 유전자의 발현을 쉽게 바꾸어 기능을보다 잘 이해할 수있는 매우 유연한 기술입니다.

CRISPR이란 정확히 무엇입니까?

CRISPR은

Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats 의 약자로, 흥미 진진한 기술에 대한 엄청난 지루한 이름입니다. 왜 지루한 이름입니까? 1980 년대 후반에 박테리아에서 처음 발견되었을 때, 무작위 DNA 서열에 의해 분리 된 반복 된 DNA의 짧은 뻗기가 무엇인지 알 수 없었기 때문입니다. 그것들은 일부 박테리아의 게놈 DNA에서 이상한 특징이었습니다. 캘리포니아 대학의 Jennifer Doudna가 세균을 감염시킨 특정 바이러스 DNA의 일부와 일치한다는 것을 알아 냈을 때까지 약 20 년이 걸렸습니다. CRISPR 염기 서열은 박테리아에 대한 일종의 면역계였습니다.

CRISPR은 어떻게 작동합니까? Doudna와 그녀의 공동 작업자 인 Emmanuelle Chapentier는 결국 바이러스에 감염되면 바이러스 DNA와 일치하는 짧은 반복 DNA 조각을 가진 박테리아가 침입 바이러스의 DNA에 결합하는 RNA를 만들기 위해이를 사용할 것이라고했습니다 .

그런 다음 CRISPR 반복을 분리 한 무작위 DNA로 만든 RNA의 두 번째 조각이 Cas9라는 단백질과 상호 작용했습니다. 이 단백질은 바이러스 DNA를 절단하고 바이러스를 불활 화시킵니다. 연구자들은 CRISPR의 이러한 능력을 이용하여 특정 DNA 서열을 절단하여 유전자를 파괴 할 수 있음을 깨달았다. 게놈 DNA의 특정 위치를 표적화 및 절단하는데 사용될 수있는 징크 핑커 핵산 효소 및 탈렌 (TALENS)과 같은 다른 기술이 있지만, 이러한 접근법은 DNA의 특정 영역으로의 교대를 표적화하기 위해 부피가 큰 단백질에 의존한다. 이러한 초기 접근법을 사용하여 많은 유전자를 가진 대규모로 수정을 수행하고 설계하는 것은 어렵습니다.

무엇이 CRISPR을 유용하게 만드나요? CRISPR 시스템은 단 두 개의 짧은 RNA 조각 (즉, 표적화 된 DNA 영역과 일치하는 것)과 Cas9라는 단백질에 결합하는 두 번째 짧은 RNA에만 의존합니다. 사실,이 두 가지 짧은 RNA 조각 모두 특정 DNA 서열을 표적으로하고 Cas9 절단 단백질을 모집하는 이중 기능성 단일 분자

RNA 분자로 결합 될 수 있음이 밝혀졌습니다.이것은 Cas9 단백질과 길이가 85베이스 인 짧은 RNA 한 조각이 게놈의 거의 모든 곳에서 DNA를 자르기 위해 필요한 모든 것임을 의미합니다. DNA를 도입하여 단일 가이드 RNA를 생성하는 것은 비교적 간단하며, Cas9 단백질은 일반적으로 CRISPR을 만드는 거의 모든 세포에 적용 할 수 있습니다.

그러나 편리한 타겟팅 만이 다른 TALENS 및 징크 핑거에 비해 CRISPR 기술의 장점은 아닙니다. CRISPR 시스템은 이러한 대안적인 접근 방법보다 훨씬 효율적입니다. 예를 들어, Harvard의 한 연구팀은 CRISPR이 표적 유전자를 51 % ~ 79 %에서 삭제하는 반면 TALENS 효율은 34 % 미만이라는 것을 발견했다. 이러한 높은 효율로 인해, 다른 그룹은 CRISPR 기술을 사용하여 배아 마우스에서 유전자를 직접 노크하여 단일 세대에서 트랜스 제닉 마우스를 생산할 수있었습니다. 표준 접근법은 표적 유전자의 두 사본에서 돌연변이를 얻기 위해 두 세대의 번식이 필요합니다.

CRISPR은 무엇을 할 수 있습니까? 유전자를 삭제하는 것 외에도 일부 그룹은 몇 가지 대안을 통해 다른 종류의 유전자 조작에도이 시스템을 사용할 수 있음을 깨닫고있다. 예를 들어, 2013 년 초 MIT의 한 그룹은 CRISPR이 새로운 유전자를 게놈 DNA에 삽입하는 데 사용될 수 있음을 보여주었습니다. 잠시 후 UCSF의 그룹은 CRISPRi라고 불리는 시스템의 수정 된 버전을 사용하여 박테리아에서 표적 유전자의 발현을 억제했습니다. 최근 듀크 대학 (Duke University)의 한 그룹이 일련의 유전자를 활성화시키는 시스템의 변형을 설치했다. 여러 그룹은 또한 다른 생물학적 반응에 어느 것이 관련되어 있는지 파악하기 위해 많은 수의 유전자를 동시에 스크리닝하기 위해 이러한 접근법의 변형을 연구 중입니다.

유전 공학의 반짝이는 새 장난감

유전 공학에 대한이 새로운 도구와 다양한 응용을 위해이 기술을 적용하는 것에 대해 대단히 흥미로운 점이 틀림 없습니다. 그러나 아직 극복해야 할 몇 가지 과제가 있으며, 신기술과 마찬가지로 종종 한계가있는 부분을 해결하는 데 시간이 걸립니다. 예를 들어 Harvard의 연구원은 CRISPR 타겟팅이 초기 생각만큼 정확하지 않을 수 있음을 발견했습니다.

CRISPR 복합체의 목표를 벗어나는

효과는 DNA를 바꿀 때 의도하지 않은 변화를 일으킬 수 있습니다. 그러나 도전에도 불구하고, CRISPR은 게놈 DNA의 변경을 촉진 할 엄청난 잠재력을 분명히 보여 주어 연구자가 인간 게놈 기능에서 수만 가지 유전자가 어떻게 더 빨리 이해되는지 이해할 수있게 도와줍니다. 이것만으로도 질병 치료 및 진단의 개선에 중요한 영향을 미칩니다. 또한 추가 개발을 통해 기술 자체가 새로운 유형의 치료법에 유용 할 수 있습니다. 그것은 유전자 요법에 대한 새로운 접근법을 제공 할 수 있습니다. 그러나 이러한 진보는 의미가 없습니다. 현재이 새로운 연구 도구의 신속한 개발을보고 그것이 허용 할 수있는 실험 유형에 대해 생각하는 것은 흥미로운 일입니다. (게시일 : 2013 년 9 월 30 일)