Informacije

Zašto ne zamijenite ljudski genom njegovom verzijom genoma mamaca?

Zašto ne zamijenite ljudski genom njegovom verzijom genoma mamaca?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

https://www.biostars.org/p/73100/

http://www.cureffi.org/2013/02/01/the-decoy-genome/

Genom mamaca je poboljšani ljudski genom iz redovne reference. Brži je za mapiranje i smanjuje stopu lažnih pozitivnih rezultata.

U ovom slučaju ne bi trebalo biti razloga da se koristi obična ljudska referenca, jer je genom mamaca jednostavno bolji i brži. Na primjer, ima DNK sekvencu za uobičajene virusne genome predstavljene kod ljudi. Ima sve u redovnoj referenci.

P: Koja je svrha obične ljudske reference (npr. hg38) ako je verzija mamaca točnija i bolja reprezentacija ljudske varijacije.


Da pojasnimo, kada kažete "mamci genom", nadamo se da mislite na genom mamca i referentni genom zajedno; genom mamca sam po sebi nije potpuna referenca, već kolekcija kontiga sastavljenih iz čitanja koji se nisu mapirali na trenutni referentni genom, ali se zna da su ljudska sekvenca.

Čini se da je genom mamaca koristan dopunski skup podataka za ubrzavanje mapiranja čitanja u ljudski genom, ali to ne može biti bolje nego referenca jer nije uporediva sa referencom.


Nedostatak alfa-1 antitripsina (AATD) je nasljedno stanje koje uzrokuje niske razine alfa-1 antitripsina (AAT) u krvi ili ih nema. AATD se javlja kod otprilike 1 od 2.500 osoba. Ovo stanje se nalazi u svim etničkim grupama, međutim, najčešće se javlja kod bijelaca evropskog porijekla.

Alfa-1 antitripsin (AAT) je protein koji se stvara u jetri. Jetra otpušta ovaj protein u krvotok. AAT štiti pluća kako bi mogla normalno raditi. Bez dovoljno AAT-a, pluća mogu biti oštećena, a ovo oštećenje može otežati disanje.

Svako ima dve kopije gena za AAT i dobija po jednu kopiju gena od svakog roditelja. Većina ljudi ima dvije normalne kopije alfa-1 antitripsin gena. Pojedinci sa AATD imaju jednu normalnu kopiju i jednu oštećenu kopiju, ili imaju dvije oštećene kopije. Većina osoba koje imaju jedan normalan gen mogu proizvesti dovoljno alfa-1 antitripsina za zdrav život, posebno ako ne puše.

Ljudi koji imaju dvije oštećene kopije gena nisu u stanju proizvesti dovoljno alfa-1 antitripsina, što ih dovodi do ozbiljnijih simptoma.

Nedostatak alfa-1 antitripsina (AATD) je nasljedno stanje koje uzrokuje niske razine alfa-1 antitripsina (AAT) u krvi ili ih nema. AATD se javlja kod otprilike 1 od 2.500 osoba. Ovo stanje se nalazi u svim etničkim grupama, međutim, najčešće se javlja kod bijelaca evropskog porijekla.

Alfa-1 antitripsin (AAT) je protein koji se stvara u jetri. Jetra otpušta ovaj protein u krvotok. AAT štiti pluća kako bi mogla normalno raditi. Bez dovoljno AAT-a, pluća mogu biti oštećena, a ovo oštećenje može otežati disanje.

Svako ima dvije kopije gena za AAT i dobija po jednu kopiju gena od svakog roditelja. Većina ljudi ima dvije normalne kopije alfa-1 antitripsin gena. Pojedinci sa AATD imaju jednu normalnu kopiju i jednu oštećenu kopiju, ili imaju dvije oštećene kopije. Većina osoba koje imaju jedan normalan gen mogu proizvesti dovoljno alfa-1 antitripsina za zdrav život, posebno ako ne puše.

Ljudi koji imaju dvije oštećene kopije gena nisu u stanju proizvesti dovoljno alfa-1 antitripsina, što ih dovodi do ozbiljnijih simptoma.


Snažna manipulacija DNK: poboljšano uređivanje gena s novim razumijevanjem alata CRISPR-Cas9

3D struktura uređivača baza, koja se sastoji od Cas9 proteina (bijeli i sivi), koji se veže za DNK metu (tile i plavi helix) komplementarno s RNA vodičem (ljubičasta), i proteina deaminaze (crvene i ružičaste), koji zamenjuju jedan nukleotid drugim. Zasluge: UC Berkeley slika autora Gavina Knotta i Audrone Lapinaite

Cryo-EM snima CRISPR-Cas9 osnovni editor u akciji.

U roku od samo osam godina, CRISPR-Cas9 je postao glavni urednik genoma za osnovna istraživanja i gensku terapiju. Ali CRISPR-Cas9 je također stvorio druge potencijalno moćne alate za manipulaciju DNK koji bi mogli pomoći u popravljanju genetskih mutacija odgovornih za nasljedne bolesti.

Istraživači sa Univerziteta u Kaliforniji, Berkeley, sada su dobili prvu 3D strukturu jednog od najperspektivnijih od ovih alata: uređivača baza, koji se vezuju za DNK i, umjesto da seku, precizno zamjenjuju jedan nukleotid drugim.

Prvi put stvoreni prije četiri godine, uređivači baza već se koriste u pokušajima da se isprave jednonukleotidne mutacije u ljudskom genomu. Sada dostupni osnovni uređivači mogli bi riješiti oko 60% svih poznatih genetskih bolesti – potencijalno više od 15.000 nasljednih poremećaja – uzrokovanih mutacijom samo jednog nukleotida.

Detaljna 3D struktura objavljena u izdanju časopisa od 31. jula Nauka, pruža mapu puta za podešavanje osnovnih uređivača kako bi bili svestraniji i podložniji kontroli za upotrebu kod pacijenata.

„Prvi put smo bili u mogućnosti da posmatramo urednika baze u akciji“, rekao je postdoktorski saradnik UC Berkeley Gavin Knott. “Sada možemo razumjeti ne samo kada funkcionira, a kada ne, već i dizajnirati sljedeću generaciju osnovnih uređivača kako bismo ih učinili još boljim i klinički primjerenijim.”

Bazni uređivač je vrsta fuzionog proteina Cas9 koji koristi djelomično deaktivirani Cas9 - njegove makaze za rezanje su onemogućene tako da seče samo jedan lanac DNK - i enzim koji, na primjer, aktivira ili utišava gen, ili modificira susjedna područja od DNK. Budući da nova studija izvještava o prvoj strukturi Cas9 fuzionog proteina, mogla bi pomoći u pronalasku bezbroj drugih alata za uređivanje gena zasnovanih na Cas9.

"Prvi put zapravo vidimo da se osnovni uređivači ponašaju kao dva nezavisna modula: imate modul Cas9 koji vam daje specifičnost, a zatim imate katalitički modul koji vam pruža aktivnost", rekla je Audrone Lapinaite, bivša UC Berkeley postdoktorski saradnik koji je sada docent na Arizona State University u Tempeu. “Strukture koje smo dobili od ovog uređivača baza vezanih za njegovu metu zaista nam daju način da razmišljamo o Cas9 fuzionim proteinima, općenito, dajući nam ideje koja regija Cas9 je korisnija za spajanje drugih proteina.”

Lapinaite i Knott, koji su nedavno prihvatili poziciju istraživača na Univerzitetu Monash u Australiji, su prvi autori rada.

"Ova struktura nam pomaže da razumijemo osnovne urednike na mnogo dubljem nivou", rekla je viša autorica Jennifer Doudna, profesorica molekularne i ćelijske biologije i hemije UC Berkeley i istraživač Medicinskog instituta Howard Hughes. “Sada kada možemo vidjeti s čime radimo, možemo razviti informirane strategije za poboljšanje sistema.”

Uređivanje jedne baze u isto vrijeme

2012. godine istraživači su prvi put pokazali kako reinženjering bakterijskog enzima, Cas9, i pretvaranje ga u alat za uređivanje gena u svim vrstama ćelija, od bakterijskih do ljudskih. Zamisao Doudne i njene francuske kolegice Emmanuelle Charpentier, CRISPR-Cas9, transformisala je biološka istraživanja i uvela gensku terapiju u kliniku po prvi put nakon decenija.

3D struktura osnovnog uređivača dok uređuje dio DNK. Zasluge: UC Berkeley grafika Gavina Knotta

Naučnici su brzo kooptirali Cas9 za proizvodnju niza drugih alata. U osnovi mešavina proteina i RNK, Cas9 precizno cilja određeni deo DNK, a zatim ga precizno seče, poput makaza. Međutim, funkcija makaza može biti prekinuta, što omogućava Cas9 da cilja i veže DNK bez rezanja. Na ovaj način, Cas9 može prenositi različite enzime do ciljanih regiona DNK, omogućavajući enzimima da manipulišu genima.

Godine 2016., David Liu sa Univerziteta Harvard i Institut Broad Tehnološkog instituta Massachusetts i Harvard kombinirali su Cas9 s drugim bakterijskim proteinom kako bi omogućili hirurški preciznu zamjenu jednog nukleotida drugim: prvi urednik baze.

Dok je rani uređivač adenin baze bio spor, najnovija verzija, nazvana ABE8e, je zasljepljujuće brza: završava skoro 100% predviđenih uređivanja baze za 15 minuta. Ipak, ABE8e je možda skloniji uređivanju nenamjernih dijelova DNK u epruveti, potencijalno stvarajući ono što je poznato kao efekti van cilja.

Novootkrivena struktura dobijena je tehnikom snimanja velike snage koja se zove krioelektronska mikroskopija (cryoEM). Testovi aktivnosti su pokazali zašto je ABE8e sklon kreiranju više uređivanja van cilja: protein deaminaze spojen sa Cas9 je uvijek aktivan. Dok Cas9 skače oko jezgra, on veže i oslobađa stotine ili hiljade segmenata DNK prije nego što pronađe željenu metu. Priložena deaminaza, poput labavog topa, ne čeka savršeno podudaranje i često uređuje bazu prije nego što se Cas9 zaustavi na svojoj konačnoj meti.

Poznavanje načina na koji su efektorski domen i Cas9 povezani može dovesti do redizajna koji čini enzim aktivnim samo kada Cas9 pronađe svoju metu.

“Ako zaista želite da dizajnirate zaista specifičan fuzioni protein, morate pronaći način da katalitičku domenu učinite više dijelom Cas9, kako bi osjetio kada je Cas9 na pravom cilju i tek tada se aktivirao, umjesto da bude aktivan cijelo vrijeme”, rekao je Lapinaite.

Struktura ABE8e također ukazuje na dvije specifične promjene u proteinu deaminaze koje ga čine bržim od rane verzije osnovnog uređivača, ABE7.10. Te dvije tačke mutacije omogućavaju proteinu da čvršće uhvati DNK i efikasnije zamijeni A sa G.

„Kao strukturni biolog, zaista želim da pogledam molekul i razmislim o načinima da ga racionalno poboljšam. Ova struktura i prateća biohemija nam zaista daju tu moć”, dodao je Knott. „Sada možemo racionalno predvidjeti kako će se ovaj sistem ponašati u ćeliji, jer ga možemo vidjeti i predvidjeti kako će se pokvariti ili predvidjeti načine da ga poboljšamo."

“Dok se uređivači baza sada naširoko koriste za uvođenje preciznih promjena u organizmima u rasponu od bakterija preko biljaka do primata, niko ranije nije uočio trodimenzionalnu molekularnu strukturu urednika baze”, rekao je Liu, koji je doktorirao. 1999. godine sa UC Berkeley i istraživač je na Medicinskom institutu Howard Hughes. “Ovaj zajednički projekat otkriva prekrasnu molekularnu strukturu najsavremenijeg, visoko aktivnog uređivača baza – ABE8e – uhvaćenog na činu angažovanja ciljanog DNK mjesta.”

Referenca: “Snimanje DNK pomoću CRISPR-Cas9-vođenog uređivača adeninskih baza” autora Audrone Lapinaite, Gavin J. Knott, Cody M. Palumbo, Enrique Lin-Shiao, Michelle F. Richter, Kevin T. Zhao, Peter A. Beal, David R. Liu i Jennifer A. Doudna, 31. jul 2020., Science.
DOI: 10.1126/science.abb1390

Pored Lapinaitea, Knotta, Doudna i Liua, drugi koautori rada su Cody Palumbo i Peter Beal sa UC Davis, Enrique Lin-Shiao sa UC Berkeley i Michelle Richter i Kevin Zhao sa Instituta Broad, u saradnji između Harvarda i Massachusetts Institute of Technology.


Mapiranje ljudskog genoma: Naučnici sumnjaju u tvrdnju

Dijelovi indijske naučne zajednice kažu da su tvrdnje o mapiranju genoma Indijanaca uvelike pretjerane, iako se mnogi slažu da je to korak naprijed.

Mnogi naučnici su također iznenađeni što je Vijeće za naučna i industrijska istraživanja (CSIR) odlučilo da svoje istraživanje objavi novinarima kroz parlament prije nego što prvo objavi svoje nalaze u recenziranom časopisu, kao što je uobičajeno.

Pushpa Bhargava, osnivač Centra za ćelijsku i molekularnu biologiju (CCMB) u Hyderabadu, rekao je za IANS telefonom: "Ovo su izjave koje će srušiti kredibilitet indijske nauke."

“Zabavilo me kada sam pročitao novinske izvještaje da se Indija pridružila 'elitnoj' ligi zemalja poput SAD-a, Britanije, Kanade, Kine i (Južne) Koreje.”

Ministar nauke Prithviraj Chavan rekao je u parlamentu da je Indija postigla "jedinstveno dostignuće" sekvenciranjem kompletnog genoma Indijca. Chavan je otišao dalje rekavši da će "lijekovi zasnovani na sekvenciranju produžiti život za 30 godina."

Na konferenciji za novinare u utorak, generalni direktor CSIR-a Samir Brahmachari najavio je da je podvig sekvencioniranja njegovih naučnika "premostio tehnološki jaz, postavljajući teren za pristupačnu zdravstvenu zaštitu i prediktivnu medicinu, osim što je stvorio mogućnosti u dijagnostici, liječenju i personaliziranoj medicini".

Brahmachari nije odgovorio na pitanja da li su nezavisni naučnici potvrdili kvalitet i tačnost podataka o genomu generisanih od strane CSIR-a i zašto je rad najavljen laičkoj štampi pre nego što je objavljen u naučnom časopisu.

Naučnici kažu da sekvencioniranje nije velika stvar s obzirom na to da je usluga sada komercijalno dostupna i da svako može dobiti sekvencioniranje njegovog ili njenog genoma uz naknadu. Ljudski genom je sekvencioniran i objavljen prije sedam godina.

„Vidite kompanije koje se redovno oglašavaju na internetu i troškovi se brzo smanjuju“, rekao je za IANS naučnik sa Indijskog instituta nauke (IISc) u Bangaloru, ne želeći da bude identifikovan.

Na primjer, američka kompanija Complete Genomics Inc. iz Silikonske doline je ove godine sekvencirala i analizirala 14 kompletnih sekvenci ljudskog genoma i ponudit će sekvence genoma za oko 5.000 dolara u odnosu na 30.000 dolara koliko je CSIR potrošio na sekvenciranje jednog genoma.

Kompanija 'Knome' sa sjedištem u Cambridgeu (Masachusetts) počela je nuditi uslugu sekvenciranja i analize cijelog genoma za pojedince još 2007. godine, počevši od serije od 20 klijenata.

Nedavno je američki inženjer, Stephen Quake, napravio mašinu - nazvanu Heliscope Single Molecule Sequencer - koja može dekodirati ljudski genom za četiri nedelje sa osobljem od tri osobe. Sekvencirao je vlastiti genom koristeći svoju mašinu i objavio rezultate u časopisu Nature Biotechnology.

"Sa dobrim mašinama možete sekvencirati ljudski genom za 10 dana", rekao je D. Balasubramanian, poznati biolog. To je važan posao koji je obavio CSIR, ali ništa veliko, rekao je on.

Neke naučnike takođe zabavlja Chavanovo poređenje rada CSIR-a sa indijskom misijom Chandrayaan-I na Mjesec.

"Naši svemirski naučnici su koristili sopstvenu raketu i satelit da bi otišli na Mesec", rekao je jedan od njih. “Tehnologija koju CSIR koristi za sekvenciranje licencirana je od britanske kompanije Illumina Cambridge Ltd (bivši Solexa Ltd) i nije razvijena u CSIR-u.”

G. Padmanabhan, vodeći biohemičar i bivši direktor IISc-a, kaže da je najava CSIR-a mogla pričekati dok se "nešto upečatljivo ili jedinstveno" ne pronađe tokom analize podataka. Ipak, nisu svi kritični.

"To (sekvenciranje genoma od strane CSIR) je zaista vrlo značajan događaj", rekao je za IANS Raja Mugasimangalam, izvršni direktor Genotypic Technology (P) Ltd sa sjedištem u Bangaloreu, koji je ranije sarađivao s Brahmacharijem.

“To nije veliki skok za (indijsko) čovječanstvo, ali je veoma važno da smo krenuli naprijed i učinili to dovoljno rano.”

Jednako oduševljena je i Aravinda Chakravarti sa Univerziteta Johns Hopkins u SAD-u i bivša predsjednica Američkog društva za ljudsku genetiku.

“Dobro je vidjeti napredak u sekvenciranju ljudskog genoma u Indiji i nestrpljivo čekam da se rezultati brzo objavljuju”, rekao je Chakravarti za IANS putem e-pošte. “Međutim, pred nama je dug put da bismo sustigli ostale.”

Čakravarti je međutim rekao da su tvrdnje CSIR-a o zdravlju "preuveličane".

“Dugoročno je nepoznato hoće li se troškovi zdravstvene zaštite smanjiti, ali uvijek je istina da što više razumijemo (genom) to bolje.”

Jedan od primarnih ciljeva sekvenciranja ljudskog genoma bio je otkrivanje genetskih korijena bolesti poput raka i dijabetesa, ali se pokazalo da je većina ovih bolesti uzrokovana velikim brojem gena, a ne jednim genom.

Odgovor zahtijeva sekvenciranje genoma mnogih ljudi, uključujući pacijente koji pate od određenih bolesti, kaže Padmanabhan. Plan CSIR-a da sekvencira genom samo 10 osoba neće pomoći u pronalaženju markera rizika za složene genetske bolesti, smatra on.


PREDNOSTI UREĐIVANJA GENOMA PRED TRADICIONALNOM GENSKOJ TERAPIJOM I RANIM PRISTUPAMA

Genska terapija je uvođenje egzogenih gena u stanice s ciljem poboljšanja stanja bolesti. Ovo se najefikasnije radi pomoću virusnih vektora koji iskorištavaju prirodnu sposobnost virusa da uđe u ćelije. Virusni vektori se koriste za uvođenje funkcionalnog transgena i kompenzaciju kvara naslijeđenog mutantnog gena (zamjena gena) ili za upućivanje nove funkcije u modificirane stanice (dodatak gena). Vektori takođe uključuju egzogene transkripcione regulatorne sekvence (promotore) za pokretanje ekspresije transgena. Budući da virusni vektori imaju ograničen kapacitet tereta, i transgen i promotor moraju biti modificirani iz prirodne verzije prisutne u genomu i stoga možda neće uspjeti pravilno rekapitulirati fiziološke obrasce ekspresije. U zavisnosti od izbora vektora i tipa ciljnih ćelija, genetska modifikacija može biti prolazna, dugotrajna ili trajna. Trajna modifikacija se postiže korišćenjem lentivirusnih ili gama-retrovirusnih vektora koji se fizički ubacuju u genom inficiranih ćelija (integracija). Međutim, budući da je umetanje polu-slučajno, može utjecati na funkciju i ekspresiju gena na ili u blizini mjesta umetanja, što predstavlja potencijalni rizik (insercijska mutageneza). Trenutno se postiže ogroman napredak u genskoj terapiji zbog poboljšanih virusnih vektora, posebno lentivirusnih i rekombinantnih adeno-asociranih virusa (rAAV), a ove strategije se intenzivno istražuju u klinici. Međutim, unatoč činjenici da su zabilježene izuzetne koristi kod većine liječenih pacijenata (Naldini, 2015), potrebne su fleksibilnije i preciznije genetske modifikacije, poput onih koje su omogućene ciljanim uređivanjem genoma, kako bi se dodatno poboljšala sigurnost genske terapije i proširila njegova primjena u liječenju više bolesti i stanja.

Do protekle decenije, pokušaji upotrebe modifikacije genoma u liječenju genetski naslijeđenih bolesti, tzv. ciljanje gena, napravljeni su uvođenjem DNK šablona koji nosi željenu sekvencu u ćelijsku populaciju u kulturi, a zatim ili dopuštanjem umetanja na slučajnoj lokaciji ili oslanjanjem na rijetke događaje homologne rekombinacije kako bi se ta šablonska sekvenca uključila na željenu lokaciju u genomu. DNK šablon je generalno uveden u ćeliju korišćenjem sistema kao što su rekombinantni plazmidi (mali kružni delovi DNK) ili virusni vektori, koji koriste prirodnu sposobnost virusa da uđe u ćelije. Rijetke ćelije koje su stekle željeni slijed tada su morale biti genetski odabrane i klonski proširene. Unatoč ograničenjima ovog pristupa, važnost ciljanja gena kao eksperimentalnog alata ogleda se u širokoj upotrebi homologne rekombinacije za modificiranje kvasca, staničnih linija kralježnjaka, ili čak miševa za genetski seciranje širokog spektra bioloških procesa (Mak, 2007. Orr -Weaver et al., 1981).

Učestalost uspješnog ciljanja gena korištenjem ovih starijih strategija kretala se od 10 𠄶 (1 na 1 milion ćelija) za plazmidnu DNK do 10 𠄲 -10 𠄳 (1 od 100 do 1 na 1.000 ćelija) koristeći virusne vektore ( kao što je rAAV). Međutim, kada naučnici modifikuju DNK nukleazom koja pravi prekid dvostrukog lanca (DSB) na željenoj lokaciji u genomu, učestalost uspešnog uređivanja genoma se dramatično povećava (Carroll, 2014 Jasin, 1996). Sistemi bazirani na nukleazama koji prave ciljane genetske izmjene su korijen tehnologija za uređivanje genoma o kojima se govori u ovom izvještaju. Sa sistemima za uređivanje zasnovanim na nukleazama, sada je moguće izrezati i, posljedično, modificirati do 100 posto željene ciljne sekvence u genomu, bilo malim umetanjima ili delecijama unesenim nehomolognim end-joining DSB popravkom, ili oslanjanjem na na homolognu rekombinaciju kako bi se uvela nova sekvenca na ciljnom mjestu, iako s nešto nižom efikasnošću. Ova dramatična poboljšanja u efikasnosti omogućila su naučnicima i kliničarima da razmotre korištenje uređivanja genoma za znatno prošireni raspon primjena, uključujući primjenu u liječenju bolesti.

Fleksibilnost

Uređivanje genoma zasnovano na nukleazama obuhvata različite metode za promjenu sekvence DNK ćelije. Ovo uređivanje može postići nekoliko tipova rezultata, ovisno o tome gdje se u DNK uređuje i u koju svrhu. Promjene koje se mogu napraviti uređivanjem genoma uključuju

Sigurnost i efikasnost

Uređivanje genoma zasnovano na nukleazama može poništiti rizik insercione mutageneze inherentno povezane s prethodnim vektorima zamjene gena koji se integriraju kvazi-slučajno kroz genom, iako integrirajući vektori kasne generacije koji se danas koriste mogu ublažiti ovaj rizik. Osim toga, in situ genska korekcija naslijeđenih mutacija korištenjem uređivanja genoma rekonstituira i funkciju i fiziološku kontrolu ekspresije mutantnog gena. Ovo obezbeđuje sigurniju i efikasniju strategiju korekcije od zamene gena, u kojoj ekspresiju terapeutskog transgena pokreće rekonstituisani veštački promoter. Takvi nasumično umetnuti transgeni možda neće uspjeti da vjerno reproduciraju fiziološki obrazac ekspresije, a mjesto umetanja može biti pod jakim utjecajem, što dovodi do značajnog variranja ekspresije među populacijom transduciranih stanica. Zaista, jedna od prvih potencijalnih primjena ex vivo uređivanja genoma može biti korekcija primarnih imunodeficijencija posredovana matičnim stanicama— poboljšanje u odnosu na prethodne transgene pristupe u kojima je ektopična ili konstitutivna ekspresija terapeutskog gena predstavljala rizik od kancerogene transformacije ili kvara. Ako je učestalost uređivanja klinički relevantnih tipova ćelija dovoljno visoka da bude terapeutski korisna, uređivanje genoma može na kraju nadmašiti zamjenu gena (tradicionalnu gensku terapiju) u smislu sigurnosti, pod uvjetom da promjene izvan cilja ne predstavljaju slične rizike modificiranjem gena. povezana sa rakom.

Još jedna potencijalna široka primjena uređivanja genoma je precizno ciljana integracija kasete za ekspresiju gena u takozvanu sigurnu genomsku luku, odabrana zato što je pogodna za robusnu ekspresiju transgena i omogućava sigurno umetanje koje nema štetan učinak na susjedne gene. Ovaj pristup može osigurati predvidljivu i robusnu ekspresiju terapeutskog gena bez rizika od onkogeneze uzrokovane nenamjernom insercionom aktivacijom onkogena. Ciljana integracija u sigurnu luku i in situ korekcija mutacija su potencijalno široko primjenjivi na terapije zasnovane na matičnim stanicama sve dok su ciljane stanice podložne opsežnoj selekciji i ekspanziji kulture in vitro prije kliničke upotrebe. Može se predvidjeti sve veća primjena ovih tipova uređivanja genoma kako se poboljšava sposobnost rasta i diferencijacije različitih tipova ćelija u kulturi, posebno u vezi sa diferencijacijom od pluripotentnih ćelija (Hockemeyer i Jaenisch, 2016).

Gene Disruption

Jedinstvena primjena uređivanja genoma u odnosu na standardne strategije genske terapije je ciljani poremećaj gena. Zaista, kliničko testiranje poremećaja gena korištenjem nukleaza cinkovih prstiju (ZFN) je već u toku, s nekim naznakama koristi za T-ćelije (Tebas et al., 2014), a ovaj pristup je nedavno proširen na hematopoetske matične ćelije (HSC). ). Ova ispitivanja imaju za cilj da poremete ekspresiju citokinskog receptora, CC kemokinskog receptora tipa 5 (CCR5), koji takođe funkcioniše kao koreceptor za HIV infekciju i nije neophodan za funkciju T-ćelija, čineći tako T-ćelije HIV-inficiranog pojedinac otporan na virusnu infekciju. 4 Poremećaj gena bi se u principu mogao koristiti i za eliminaciju dominantne varijante gena koja uzrokuje bolest.

Pristupačnost

Višestruke nukleazne platforme su razvijene ili poboljšane u proteklih 5-10 godina, što čini vjerovatnim da će se dodatne takve platforme razviti u bliskoj budućnosti. CRISPR/Cas9 platforma za nukleazu, razvijena tek od 2012. godine, izazvala je značajan optimizam među istraživačkim, kliničkim i pacijentima zajednicama i demokratizovala uređivanje genoma, čineći je upotrebljivom u mnogim laboratorijama. Kao rezultat toga, CRISPR/Cas9 je podigao svijest o uređivanju genoma kao terapeutskom alatu i motivirao razmatranje etičkih i regulatornih pitanja povezanih s njegovom upotrebom (Baltimore et al., 2015. Corrigan-Curay et al., 2015. Kohn et al., 2016). Ova pitanja, međutim, nisu nova, niti su specifična za CRISPR-Cas9 sistem, mnogi od njih su se već suočili i rješavali u kontekstu ranijih aplikacija za gensku terapiju i uređivanje genoma.


Često se kupuju zajedno

Pregled

""Napisano da komunicira zdravu i modernu nauku na pristupačan način za profesionalce i studente sa različitim nivoima naučnog iskustva, ovo temeljito revidirano izdanje Ljudskog genoma doprinosi stvaranju genetski pismene istraživačke i kliničke populacije."--ISTRAŽIVANJE ANTIKANCEROVA 33: 745-746 (2013), februar 2013 ""Urednici Choicea svake godine izdvajaju za priznanje najznačajnija štampana i elektronska dela koja su pregledana u Choiceu tokom prethodne kalendarske godine. Ljudski genom, 3e, koja se pojavljuje svake godine u januarskom izdanju Choice-a, ova prestižna lista publikacija odražava najbolje u naučnim naslovima i privlači izuzetnu pažnju akademske bibliotečke zajednice. Funkcija za 2011. uključuje 629 naslova u 54 discipline i podsekcije.""--CHOICE Izvanredna akademska titula, 2011 ""Dobro napisano, ažurno i zanimljivo, ovo novo izdanje Ljudskog genoma (2. izdanje, 2005. 1. izdanje, CH, May'99, 36-5066) od Richardsa (Univ. u Mičigenu) i Hawleyja (Stowers Institut za medicinska istraživanja) tačno odražava njegov podnaslov. Gusto prepun informacija, lako se čita i razumije. Uključuje ilustracije u boji, grafikone, crteže i tabele. Studije slučaja i bočne trake sa interesantnim okvirima govore fascinantne priče koje zaokupljaju interesovanje čitaoca i pomažu da materijal bude dostupan svima. Studijska pitanja na kraju poglavlja uključuju kratke eseje i ideje za resursne projekte. Prateća web stranica pruža dodatna pitanja i ukazuje da će uskoro biti dostupni banka slika i video resursi za striming. Ovaj rad bi se lako mogao koristiti za prvi čas biologije ili za individualno čitanje za ljude zainteresovane za ovaj predmet. Ipak, ima dovoljno tehničkih informacija i detalja da bi bio koristan i za viši razred predmeta iz ljudske genetike. Obrađuje sve teme koje se tradicionalno obrađuju u udžbeniku ljudske genetike, a da se ne čita kao udžbenik. Postiže savršenu ravnotežu između rigoroznosti i angažovanja, i zaslužuje da bude uvršten među najpopularnije aktuelne radove o ljudskoj genetici."

Rezime: Topla preporuka. Akademska, opšta i profesionalna publika, na svim nivoima. nbsp

C. A. Klevickis, Univerzitet James Madison Recenzirano u junu 2011 IZBOR

"Bolje obrazovanje i komunikacija su dvije stvari koje se stalno naglašavaju kada je u pitanju određivanje najboljeg načina da se genomika učini većim dijelom opšte zdravstvene rutine javnosti ili više mainstreamom. Uputstvo za upotrebu, kao tekst ili referenca, mogao bi biti dio tog razgovora s javnošću. Kako jednostavno počinje, knjiga bi se mogla dobro koristiti u srednjim školama jer učenici počinju da uče o složenijim poljima istraživanja i počinju da razvijaju interesovanje za visoko obrazovanje u naukama. Mogao bi poslužiti i kao vodič u visokom obrazovanju, onima koji se bave specijaliziranijim područjima poput istraživanja raka ili personalizirane medicine, ili čak kao pokretač razgovora na časovima etike ili rasprava o implikacijama naprednog istraživanja genomike." "

Christie Rizk, izdanje Genome Technology iz februara 2011., http://www.genomeweb.com

""Treće izdanje ovog sveobuhvatnog pregleda ljudskog genoma pruža detaljan pregled nauke, kako specifično biološke tako i u širem kontekstu, ljudske genetike. Namijenjen studentima i početnicima istraživačima, knjiga počinje jednostavnom mehanikom gena i pokriva funkcije gena, hromozome, složene osobine, otkrivanje gena i genetiku u testiranju i liječenju. Poglavlja uključuju brojne ilustracije u boji, tabele, bočne trake i veliki pojmovnik, kao i pitanja za učenje s ključevima za odgovore."

Pregled

O autoru

Julia E. Richards (PhD, Genetics, University of Wisconsin) je profesorica oftalmologije i vizualnih nauka i profesorica epidemiologije na Univerzitetu Michigan u Ann Arboru gdje predaje uvodnu genetiku diplomiranim studentima na Školi javnog zdravlja. Nadaleko je poznata po svojim istraživanjima o nasljednim očnim bolestima i objavila je brojna poglavlja i istraživačke članke usmjerene na ljudsku genetiku.

R. Scott Hawley (doktorat, genetika, Univerzitet Washington) je profesor istraživanja i istraživač Američkog društva za rak na Stowers institutu za medicinska istraživanja. Bio je predsjednik Genetičkog društva Amerike 2010. godine, a 2008. je dobio nagradu tog društva Elizabeth W. Jones za izvrsnost u nastavi. Nadaleko je poznat po svom podučavanju, istraživanju mejoze i autorstvu brojnih udžbenika i istraživačkih radova.


Pet razloga za optimizam u pogledu budućnosti uređivanja genoma

Revolucionarna tehnologija za uređivanje gena CRISPR nazvana je najvažnijim naučnim otkrićem 21. vijeka, a 2020. je možda bila godina kada je postalo poznato. Ne samo da je CRISPR dokumentarni film “Human Nature” pogodio Netflix u vrijeme kada su blokade značile da smo svi gledali više streaming sadržaja nego ikada prije, već je moćni alat za uređivanje gena dobio i krajnji pečat odobrenja od strane naučne zajednice.

Istraživači Emmanuelle Charpentier i Jennifer A. Doudna nagrađeni su Nobelovom nagradom za hemiju 2020. za svoju pionirsku ulogu u razvoju CRISPR-Cas9 genskog uređivanja. Radeći zajedno početkom 2010-ih, Charpentier i Doudna su otkrili da mogu presjeći bilo koji molekul DNK na određenom, unaprijed određenom mjestu. Od tada, CRISPR-Cas9 "genetske makaze" su korišćene na bezbroj kreativnih načina u oblasti medicine, nauke o biljkama i dobrobiti životinja. Mnogi vjeruju da će tehnologija utrti put za liječenje ljudskih bolesti i borbu protiv klimatskih promjena.

S obzirom da se Nobelova nagrada za hemiju 2020. dodjeljuje otkrićima CRISPR/Cas9, oni koji poriču prednosti sigurnosti i pojačanja koje sada mogu proizaći iz takvih tehnologija moraju također negirati svjetske lidere i glasove nauke, piše @stuartsmyth66.https:// t.co/DfPbDFdfqq

— Alliance for Science (@ScienceAlly) December 9, 2020

“There is enormous power in this genetic tool, which affects us all. It has not only revolutionized basic science, but also resulted in innovative crops and will lead to ground-breaking new medical treatments,” Claes Gustafsson, chair of the Nobel Committee for Chemistry, said when the prize was announced in October.

2. Gene edited pigs approved for food and medical products

Move over salmon, here come genetically modified pigs. In December, the US Food and Drug Administration approved the use of genetically engineered pigs in both food and medical products. These so-called GalSafe pigs are just the second GM animal approved for food after AquAdvantage salmon, which grow to market weight in about half the time of a typical salmon. In a process known as intentional genomic alteration (IGA), GalSafe pigs have had alpha-gal sugar removed from their cells. This means that people who normally suffer allergic reactions to the sugar in pork, beef and other meats would be able to safely consume bacon, chops and other pork products. But the potential of GalSafe pigs goes well beyond food.

The pigs may also be used to produce human medical products free from alpha-gal sugars, including the blood-thinning drug heparin. The FDA said that tissues and organs form the pigs could also “potentially address the issue of immune rejection in patients receiving xenotransplants, as alpha-gal sugar is believed to be a cause of rejection in patients.”

“Today’s first ever approval of an animal biotechnology product for both food and as a potential source for biomedical use represents a tremendous milestone for scientific innovation,” FDA Commissioner Stephen M. Hahn said in a press release. “As part of our public health mission, the FDA strongly supports advancing innovative animal biotechnology products that are safe for animals, safe for people, and achieve their intended results. Today’s action underscores the success of the FDA in modernizing our scientific processes to optimize a risk-based approach that advances cutting-edge innovations in which consumers can have confidence.”

3. Second Green Revolution

New research shows the potential for genome editing to revolutionize agriculture and usher in a second Green Revolution by allowing plant breeding to be performed at an unprecedented pace and in an efficient and cost-effective way. This is expected to propel plant breeding to go beyond its current limits. As the technology rapidly expands, it has been applied to major cereals such as rice, wheat and maize, as well as to other crops important for food security, such as potato and cassava. Another exciting frontier can be found in engineering the microbiome, which is considered to be a “second genome” in plants. This approach has already had a significant effect on agricultural production, researchers found.

Genome editing is predicted to help plant breeders develop crops that can withstand the impacts of climate change, reduce agriculture’s environmental impact, support global food security, offer nutritional benefits and ensure that the planet’s expanding human and livestock population has enough to eat.

4. Latin America leads

Researchers in Latin America are using gene editing to breed hardier varieties of staple crops and fruits, including rice, beans, cassava, cacao, tomato, kiwi, yeast and banana. The work ranges from making the crops climate-resilient to improving the digestibility of beans and conferring disease-resistance. Researchers say the work is important because farmers urgently need seeds that can withstand the climate change effects already present in the Latin American region. It’s also critical because it represents the role that researchers in the Global South will increasingly play to address the needs and challenges specific to their region.

5. Catering to consumers

A Japanese startup, Sanatech Seeds, has introduced the first genome-edited tomato, which offers high levels of Gamma-AminoButyric Acid (GABA). That’s an amino acid that can help to lower blood pressure.

It is one of the emerging gene-edited crops directed specifically at consumers, rather than farmers or food processors. Equally important, Japan has determined it will not apply the same cumbersome regulations that govern genetically modified crops to the tomato. This is important, because GMO regulations can add years and extensive costs to the approval process, slowing down innovation and making it difficult for start-ups and public institutions to compete against multinational companies.

The United States plans to take a similar approach to regulating gene edited crops. That’s good news for consumers and a company like Pairwise, which is using genome editing to develop seedless berries and more nutritious berries and lettuce. Their goal is a worthy one: increase consumption of fruits and vegetables and make them more readily available.


New hope for rare disorders

While Marson’s team busies itself remodeling immune cells, a few miles away at the Gladstone Institutes, on UCSF’s Mission Bay campus, a different sort of genome surgery is underway. There, in the laboratory of senior investigator Bruce Conklin, MD – a UCSF professor of medicine and IGI’s deputy director – the cells of 19-year-old Delaney Van Riper are undergoing experimental procedures that could one day cure her of a worsening disability.

Bruce Conklin, MD, is exploring how CRISPR technology could treat genetic diseases. Photo: Steve Babuljak

Van Riper was born with a rare disease called Charcot-Marie-Tooth (CMT), one of more than 6,000 known genetic disorders, which arise from specific variations in DNA. Such variations – called mutations – throw a wrench in a cell’s protein production line, thus creating deviant or defunct molecules, like Ikea furniture assembled from garbled instructions. In some cases, a mutation in just one DNA base – out of the total 3 billion pairs of bases in the human genome – can wreak severe havoc.

Van Riper’s mutation produces a miscreant protein that degrades her nerve cells’ ability to relay messages between her brain and her muscles, causing her to slowly lose control of her limbs. She was diagnosed at age 7, after her father, a genetic counselor, noticed that she wasn’t walking normally. By age 8, she wore leg braces, laughing along with the kids who called her Forrest Gump, “so they didn’t see me as a cripple.” By age 13, she struggled to hold a pencil.

“There are certain muscles I just don’t have anymore,” she says during a recent visit to the lab. She is seated at a conference table, where a dozen or so researchers from Conklin’s group have gathered to meet her, many of them for the first time.

The researchers know her cells intimately, however. They have isolated them from samples of her blood and nurtured them in petri dishes. They have doused these blood cells with a cocktail of genes that turns them into stem cells, undifferentiated cells that can grow indefinitely. Using another gene cocktail, they have coaxed the stem cells to become nerve cells like those at the root of Van Riper’s disease. They have examined these diseased nerve cells through microscopes, studied their troublesome mutation, and sent in CRISPR systems to try to remove it.

All the while, Conklin and his team have dreamed about a day when a physician might inject CRISPR molecules directly into Van Riper’s spine to heal the nerve cells there a day when the success of this pilot surgery will lead to more CRISPR operations for more diseases a day when patients who once had no hope will come to San Francisco from all over the world to seek these treatments out.

Delaney Van Riper (left) was born with a rare disease called Charcot-Marie-Tooth (CMT), and had donated cells to the lab of Bruce Conklin, MD (right), so he can test DNA surgeries that aim to cure people like her who have rare genetic disorders. Photo: Steve Babuljak

Now the researchers want to know all about this dark-haired teen who wears black skinny jeans, Converse sneakers, and a lip-ring who has trouble using her hands and sometimes stumbles over her feet but sits with exquisite posture who speaks eloquently and vulnerably about the disease that once made her question who she is and inspired her to become a writer and a medical trailblazer.

“How does it feel to be part of this project?” someone asks.

“It’s nice to realize people are looking into a solution for people like me who don’t have any solutions,” Van Riper says. “I feel you really care.” She flashes a grin and adds, “I like nerds.”

“Do you worry about the risks?”

“I’ve lived long enough to have an experience of life with a disability. If something goes wrong, I don’t think it would be as scary as some people think. We can’t know until we do it. I’m fine being that person doing it.”

“I know it’s not a for-sure fix. Secretly, though, I do think it will work.”

So do many of Conklin’s patient volunteers. Some, like Van Riper, have CMT others have genetic mutations that cause BEST disease, an eye disorder that leads to blindness.

It’s nice to realize people are looking into a solution for people like me who don’t have any solutions. I feel you really care.”

Conklin’s team is starting with these two rare diseases for several reasons. First, they each arise from well-known mutations in a single gene, making the CRISPR surgeries relatively simple to design. Second, they affect tissues where CRISPR systems can be easily administered and their effects easily measured. Third – and perhaps most important – these diseases are currently untreatable any relief from their devastation is, for most patients, worth the potential risks (which may include, for instance, cuts in undesired parts of the genome).

“Almost universally, the first targets of genome surgery will be incurable diseases, where there is truly no other option,” Conklin says. “If we can treat these, it will open the door to a new type of medicine.”


Scientific journal articles for further reading

Ormond KE(1), Mortlock DP(2), Scholes DT(3), Bombard Y(4), Brody LC(5), Faucett WA(6), Garrison NA(7), Hercher L(8), Isasi R(9), Middleton A(10), Musunuru K(11), Shriner D(12), Virani A(13), Young CE(3). Human Germline Genome Editing. Am J Hum Genet. 2017 Aug 3101(2):167-176. PubMed: 28777929. Free full-text available from PubMed Central: PMC5544380.

Gupta RM, Musunuru K. Expanding the genetic editing tool kit: ZFNs, TALENs, and CRISPR-Cas9. J Clin Invest. 2014 Oct124(10):4154-61. doi: 10.1172/JCI72992. Epub 2014 Oct 1. Review. PubMed: 25271723. Free full-text available from PubMed Central: PMC4191047.

Hsu PD, Lander ES, Zhang F. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering. Cell. 2014 Jun 5157(6):1262-78. doi:10.1016/j.cell.2014.05.010. Pregled. PubMed: 24906146. Free full-text available from PubMed Central: PMC4343198.

Komor AC, Badran AH, Liu DR. CRISPR-Based Technologies for the Manipulation of Eukaryotic Genomes. Cell. 2017 Apr 20169(3):559. doi:10.1016/j.cell.2017.04.005. PubMed: 28431253.

Lander ES. The Heroes of CRISPR. Cell. 2016 Jan 14164(1-2):18-28. doi:10.1016/j.cell.2015.12.041. Pregled. PubMed: 26771483.


Scientists sequence genome of human's closest invertebrate relative

Botryllus schlosseri is humans' closest living invertebrate relative. Credit: Chris Patton

(Phys.org) —Botryllus schlosseri, a small sea creature, can regenerate its entire body from its blood vessels alone. Stanford researchers hope that sequencing its genome will lead to advances in regenerative and transplant medicine for humans.

At first glance, Botryllus schlosseri has very little in common with humans. The small sea creature fuses together with others to form colonies that look like psychedelic blobs, encrusting rocks and seaweeds. It can reproduce asexually, and an entire individual can be regenerated from its blood vessels alone.

And yet, Botryllus is humans' closest living invertebrate relative. (Invertebrates lack a spinal column.) Now, a group led by Stanford scientists has sequenced its genome, making it possible to find the genetic basis for some of the animal's amazing regenerative abilities and immunity features, which potentially could be applied to human medicine.

In total, the group sequenced the animal's 580 million base pairs of DNA. (The human genome, by comparison, consists of more than 3 billion base pairs.) Though the researchers haven't studied the entire genome, they found evidence that Botryllus makes a useful invertebrate model for studying human genetics, in particular for highlighting the evolution of immunity and stem cell-mediated regeneration.

The researchers compared the Botryllus genome with several vertebrate and invertebrate genomes. Focusing on genes involved in various human diseases – affecting things such as heart and eye development, pregnancy and cancer – they found homologous genes for each in Botryllus, far more matches than in any of a dozen other invertebrates commonly used in research.

An additional investigation of blood-related genes revealed that Botryllus was probably the first invertebrate to have vasculature in the same context of the human circulatory system, with blood cells traveling through blood vessels.

For example, in looking at a set of 20 genes that encode for humans' hematopoietic stem cells – cells that can self-renew and differentiate into other types of blood cells – they found 14 that are also expressed in cells isolated from the Botryllus stem cell niche. The scientists are now investigating how these genes function in Botryllus.

"The whole body can regenerate from the vasculature alone: the heart, digestive system, sophisticated tissues," said Ayelet Voskoboynik, a scientist at Stanford's Stem Cell Institute and Hopkins Marine Station, and the lead author on the study. "And it can do this relatively fast, probably using stem cells. Now that we have the genome, we can try to understand the mechanism behind it."

The study of Botryllus' genome could also lead to advances in transplant medicine. When two genetically distinct Botryllus colonies come into contact with each other, they either fuse their blood vessels to create a single organism, or reject one another and maintain individuality. When the blood vessels between the two colonies fuse into one interconnected network, the stem cells from each partner colony begin to circulate throughout the other.

The stem cells compete and in many cases one partner's stem cells "win" – and any new or replacement tissue grown through the fused colony does so based on the "winner's" genetic code.

A similar process occurs in humans who undergo an allogeneic transplant – when a patient receives tissue or cells from a non-identical donor. For instance, if a patient receives bone marrow or a ligament graft from a donor, over time, the recipient's cells replace the donor tissue.

In some instances, particularly concerning transplants of bone marrow or hematopoietic stem cells, the recipient's body rejects the donor cells. Voskoboynik suspects that studying the genetic basis for this interaction in Botryllus could lead to improvements in human therapies.

"If we can learn what makes a highly competitive stem cell a winner, and why others are rejected, we could hope to apply that knowledge to improve the success rate of allogeneic transplantations in humans," Voskoboynik said.

An important byproduct of the research, Voskoboynik said, was that Botryllus' complicated genome required the team to develop a new sequencing technique. The method, which has been patented, yielded exceptionally long, accurate sequences of DNA.

Additionally, rather than creating an average of the genetic information encoded on each paired chromosome, as standard techniques do, the new method yielded individual results from each chromosome. That advance, Voskoboynik said, could play a critical role in studying human diseases that occur as the result of different versions of genes existing on paired chromosomes.

The study was recently published in the peer-reviewed journal eLIFE.


Pogledajte video: Генетика за час! Законы Менделя, решение генетических задач. Подготовка к ЕГЭ по биологии. Часть 1 (Decembar 2022).