CRISPR | Йога-центр "Sport.Rops". Йога для всех

CRISPR

CRISPR от Евгений Кунин — специальные локусы бактерий и архей, состоящие из прямых повторяющихся последовательностей, которые поделены уникальными последовательностями (спейсерами). Спейсеры заимствуются из чужеродных генетических элементов, с которыми сталкивалась клетка (бактериофагов, плазмид). РНК, транскрибирующиеся с локусов CRISPR, коллективно с ассоциированными белками Cas обеспечивают адаптивный иммунитет за счёт комплементарного связывания РНК с нуклеиновыми кислотами чужеродных элементов и дальнейшего уничтожения их белками Cas. Однако, к настоящему моменту имеется много свидетельств участия CRISPR в процессах, не связанных с иммунитетом.

Использование методологий CRISPR-Cas для направленного редактирования геномов является многообещающим направлением в нынешней генной инженерии. В реальное время учёные обширно применяют подходы, основанные на системах CRISPR-Cas; допустимо, в грядущем эти подходы будут использовать в медицине для лечения преемственных заболеваний.

Первый локус CRISPR был найден у бактерии Escherichia coli в 1987 году группой японских учёных во главе с Ёсидзуми Исино. Они подметили в геноме этой бактерии повторяющиеся элементы, разделённые неповторяющимися последовательностями (спейсерами); однако, учёные не придали своему слежению большого значения. Масштабное постижение CRISPR начал испанский изыскатель Франсиско Мохика, в 1993 году нашедший повторяющиеся последовательности, разделённые интервалами, в геноме археи Haloferax mediterranei. Он обратил внимание, что повторы в геномах этой археи и E. coli дюже схожи по структуре, впрочем не имеют ничего всеобщего в последовательностях нуклеотидов. По предположению Мохика, столь схожие по структуре повторы, имеющиеся у планомерно крайне далёких групп прокариот, обязаны исполнять какую-то дюже значимую функцию. Изначально он назвал новейший класс повторов «короткими повторами, регулярно разделёнными интервалами» (англ. short regularly spaced repeats, SRSRs), впрочем позднее, по его предложению, это наименование было заменено на «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами» (англ. clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR). Мохика продолжил искания CRISPR в геномах других микроорганизмов, и к 2000 году он нашел их у 20 микробов, в том числе чумной палки Yersinia pestis и других патогенов. В 2002 году были открыты гены cas — гены локусов CRISPR, кодирующие белки Cas.

Системы CRISPR-Cas различаются как структурно, так и функционально. Тем не менее, каждому системам CRISPR-Cas присущ ряд всеобщих черт.

Локусы CRISPR могут исполнять функцию иммунитета только при наличии генов cas, которые традиционно располагаются в непосредственной близости от CRISPR. Комплект генов cas определяет тип системы CRISPR-Cas. Локусы CRISPR представлены короткими (традиционно около 30—40 нуклеотидов длиной) прямыми повторами, которые отделяются друг от друга неповторяющимися спейсерами, произошедшими из ДНК тех чужеродных генетических элементов, с которыми сталкивалась клетка либо её предшественники. Длина спейсеров традиционно сопоставима с длиной повторов. Перед рядом повторов и спейсеров располагается лидерная последовательность, содержащая, как правило, промотор, с которого начинается однонаправленная транскрипция повторов и спейсеров CRISPR. Спейсеры всецело интегрированы в геном клетки и передаются её потомкам при делении. Стоит подметить, что у бактерий интеграция новых спейсеров в геном гармонирует с утратой избыточных и чужеродных генов; следственно бактериям удаётся избежать существенного увеличения размера генома — в различие от высших эукариот, у которых повторяющиеся последовательности, произошедшие из экзогенных генетических элементов, составляют значительную часть генома.

Кроме структурного сходства, разные системы CRISPR-Cas объединяют три ключевых этапа работы CRISPR-опосредованного иммунитета: получение (англ. acquisition), либо адаптация (англ. adaptation), экспрессия (англ. expression) и интерференция (англ. interference). На этапе получения в CRISPR встраивается новейший спейсер, образованный из инородного генетического элемента, проникшего в клетку. На стадии экспрессии происходят транскрипция CRISPR и процессинг коротких CRISPR-РНК (crРНК), нацеленных на определённую мишень. В ходе интерференции рибонуклеопротеиновый комплекс crРНК-Cas распознаёт нуклеиновую кислоту-мишень за счёт комплементарного спаривания оснований мишени с crРНК, позже чего разрезает мишень вследствие эндо- и/или экзонуклеазной активности белков Cas.

Интересно, что работа систем CRISPR-Cas имеет много всеобщих принципиальных моментов с работой иммунной системы млекопитающих. Так, иммунизацию CRISPR (то есть вставку нового спейсера) может вызвать даже дефектный бактериофаг — аналогично тому, как иммунный результат млекопитающих может развиться и при вступлении убитого патогена.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.