Kurs ishining maqsadi : genomni tahrirlashning asosiy usullarini o'rganishdir. Ushbu maqsad bilan bog'liq holda biz quyidagi vazifalarni
Genlarni tahrirlash haqida umumiy malumot
Download 129.43 Kb. Pdf ko'rish
|
Gen
|
1.2. Genlarni tahrirlash haqida umumiy malumot
Genlarni tahrirlash, tirik organizmning DNK ketma-ketligida juda aniq o'zgarishlar qilish, uning genetik tuzilishini moslashtirish qobiliyati. Genni tahrirlash fermentlar, xususan, ma'lum bir DNK ketma-ketligini nishonga olish uchun ishlab chiqilgan nukleazlar yordamida amalga oshiriladi, bu erda ular DNK zanjirlariga kesiklar kiritadi, bu esa mavjud DNKni olib tashlash va uning o'rnini bosuvchi DNKni kiritish imkonini beradi. Genni tahrirlash texnologiyalari orasida CRISPR-Cas9 nomi bilan tanilgan molekulyar vosita asosiy hisoblanadi, bu kuchli texnologiya 2012-yilda amerikalik olim Jennifer Doudna, frantsuz olimi Emmanuel Sharpentier va uning hamkasblari tomonidan kashf etilgan va amerikalik olim Feng Chjan va uning hamkasblari tomonidan takomillashtirilgan. CRISPR-Cas9 aniqlik bilan ishladi va tadqiqotchilarga kerakli joylarga DNKni olib tashlash va kiritish imkonini berdi. Genlarni tahrirlash vositalarining sezilarli sakrashi odamlarning genetik muhandisligi bilan bog'liq axloqiy va ijtimoiy ta'sirlar haqidagi uzoq davom etgan munozaralarga yangi dolzarblikni keltirib chiqardi. Genetik muhandislik inson kasalliklarini davolashda yoki go'zallik yoki aql kabi xususiyatlarni o'zgartirish uchun ishlatilishi kerakmi kabi ko'plab savollar o'nlab yillar davomida u yoki bu shaklda berilgan. Oson va samarali gen tahrirlash texnologiyalari, xususan CRISPR-Cas9 joriy etilishi bilan bu savollar endi nazariy bo'lib qoldi va ularga javoblar tibbiyot va jamiyatga juda real ta'sir ko'rsatdi. Genetik xatolarni tuzatish uchun dastlabki urinishlar Kasalliklarni davolash yoki xususiyatlarni o'zgartirish uchun gen tahrirlashdan foydalanish g'oyasi kamida 1950-yillarga va DNKning ikki tomonlama spiral tuzilishining kashf qilinishiga to'g'ri keladi. 20-asrning o'rtalarida genetik 9 kashfiyotlar davrida tadqiqotchilar DNKdagi asoslar ketma-ketligi (asosan) ota- onadan naslga sodiqlik bilan o'tishini va ketma-ketlikdagi kichik o'zgarishlar salomatlik va kasallik o'rtasidagi farqni anglatishi mumkinligini tushunishdi. Ikkinchisining tan olinishi genetik kasalliklarni keltirib chiqaradigan "molekulyar xatolar" ni aniqlash bilan bu xatolarni tuzatish vositalari paydo bo'ladi va shu bilan kasallikning oldini olish yoki qaytarish imkonini beradi degan muqarrar taxminlarga olib keldi. Bu tushuncha gen terapiyasining asosiy g'oyasi edi va 1980-yillardan boshlab molekulyar genetikada muqaddas g'oya sifatida qaraldi. Ammo gen terapiyasi uchun gen tahrirlash texnologiyasini ishlab chiqish juda qiyin bo'ldi. Ko'pgina dastlabki yutuqlar DNKdagi genetik xatolarni tuzatishga emas, balki genomga kiritilgan yoki ekstraxromosoma birligi (genomdan tashqari) sifatida saqlanadigan mutatsiyaga uchragan genning funktsional nusxasini taqdim etish orqali ularning oqibatlarini minimallashtirishga qaratilgan edi. Ushbu yondashuv ba'zi sharoitlarda samarali bo'lsa-da, u murakkab va cheklangan edi. Genetik xatolarni chinakamiga tuzatish uchun tadqiqotchilar DNKda inson genomini tashkil etuvchi uch milliarddan ortiq tayanch juftligida aniq kerakli joyda ikki zanjirli uzilish hosil qilishlari kerak edi. Yaratilgandan so'ng, ikki qatorli tanaffus hujayra tomonidan "yomon" ketma-ketlikni "yaxshi" ketma-ketlik bilan almashtirishga yo'naltirilgan shablon yordamida samarali tarzda tuzatilishi mumkin edi. Biroq, genomning istalgan joyida va boshqa hech qanday joyda dastlabki tanaffusni amalga oshirish oson bo'lmadi. Bundan tashqari Genni tahrirlash - bu olim tirik organizmning DNKsida kichik, boshqariladigan o'zgarishlarni amalga oshirishi. Ushbu jarayonni tasavvur qilishning eng oddiy usuli - ulkan qo'lyozmani tahrirlashni tasavvur qilish. 10 Siz o'zgartirmoqchi bo'lgan jumlaga erishguningizcha yuzlab sahifalarni aylantirasiz va keyin diqqat bilan bitta so'zni almashtirasiz. Bu juda murakkab so'z hujjatida yoki bu holda genomda faqat kichik o'zgarishlarni yaratadi. GMO, genetik jihatdan o'zgartirilgan organizm (yoki ilmiy dunyoda odatda genetik jihatdan o'zgartirilgan organizm) tirik organizmning DNKsini o'zgartirish natijasidir. Genlarni tahrirlash ko'p maqsadlarda qo'llaniladi, ulardan biri GMO yaratishdir. Biroq, GMO ishlab chiqarish uchun juda ko'p turli xil, boshqa usullar mavjud. CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats qisqartmasi) biz genlarni tahrirlash bilan bog'liq holda tez-tez eshitadigan ismdir. CRISPR genlarni tahrirlashning oddiy usuli yoki vositasidir. Bugungi kunda genlarni tahrirlash nafaqat AQShda, balki butun dunyoda amalga oshirilmoqda. Qo'shma Shtatlarda hayvonlarning farovonligini yaxshilash, mahsuldorlikni oshirish yoki kirishni kamaytirish uchun genlarni tahrirlash o'simliklar va hayvonlarga nisbatan qo'llaniladi. Hayvonlarda genlarni tahrirlash bo'yicha davom etayotgan ishlarning misoli cho'chqalarda. Cho'chqalar cho'chqa reproduktiv va nafas olish sindromi (PRRS) deb ataladigan infektsiyaga moyil. Agar cho'chqalar guruhida hatto bitta PRRS holati aniqlansa, har qanday potentsial tarqalishni oldini olish uchun butun populyatsiyani evtanizatsiya qilish kerak. Genlarni tahrirlash usullari ushbu kasallikka chidamli cho'chqalarni ishlab chiqarishga muvaffaq bo'ldi, natijada hayvonlar farovonligi sezilarli darajada yaxshilandi va katta chiqindilarning oldini oldi. Genni tahrirlash elementlari federal agentliklar tomonidan nazorat qilinadi. Qo'shma Shtatlarda odamlarda genlarni tahrirlash amalga oshirilmaydi. Odamlarda 11 genlarni tahrirlash axloqshunoslar va manfaatdor tomonlar tomonidan diqqat bilan va diqqat bilan muhokama qilingan ko'plab axloqiy tashvishlarni keltirib chiqaradi. Inson salomatligini yaxshilash uchun gen tahrirlashdan foydalanish imkoniyati mavjud, bu variant tadqiqotchilar va olimlar tomonidan o'rganilmoqda. Istalgan joylarda DNKni buzish CRISPR-Cas9 paydo bo'lishidan oldin, DNKda saytga xos ikki zanjirli uzilishlarni yaratish uchun ikkita yondashuv qo'llanilgan: biri sink barmoq nukleazalariga (ZFNs) asoslangan, ikkinchisi esa transkripsiya faollashtiruvchisiga o'xshash effektor nukleazalarga (TALENs) asoslangan. ZFNlar DNK-bog'lovchi domenlardan tashkil topgan termoyadroviy oqsillar bo'lib, ular ma'lum uch-to'rt asosli juft uzunlikdagi ketma-ketliklarni taniydilar va bog'laydilar. To'qqiz tayanch juftlik maqsadli ketma-ketlikka o'ziga xoslikni berish, masalan, tandemda birlashtirilgan uchta ZFN domenini talab qiladi. DNK-bog'lovchi domenlarning kerakli joylashuvi, shuningdek, Fok1 bakterial nukleazasining bir bo'linmasini kodlaydigan ketma-ketlikka birlashtirilgan. Muayyan joyda ikki ipli kesishni osonlashtirish uchun ikkita ZFN termoyadroviy oqsilining muhandisligi talab qilinadi - bittasi maqsadli joyning har ikki tomonida, qarama-qarshi DNK zanjirlarida bog'lanadi. Ikkala ZFN bog'langanda, Fok1 subbirliklari bir-biriga yaqin bo'lib, ikkala ipda maqsadli DNKni kesuvchi faol dimer hosil qilish uchun bir-biriga bog'lanadi. TALEN termoyadroviy oqsillari maqsadli joyni yonma-yon joylashgan maxsus DNK ketma-ketligiga bog'lash uchun mo'ljallangan. Ammo sink barmoq domenlarini ishlatish o'rniga, TALENlar o'simlik patogenlari guruhidagi oqsillardan olingan DNKni bog'lovchi domenlardan foydalanadilar. Texnik sabablarga ko'ra TALEN-larni ishlab chiqish ZFN-larga qaraganda osonroq, ayniqsa uzoqroq tanib olinadigan saytlar uchun. ZFN-larga o'xshab, TALENlar ishlab chiqilgan DNK-bog'lash hududiga birlashtirilgan Fok1 domenini kodlaydi, shuning uchun maqsadli joy har ikki tomondan bog'langandan so'ng, dimerlangan Fok1 yadrosi kerakli DNK joyida ikki zanjirli uzilishni keltirib chiqarishi mumkin. 12 ZFN va TALENlardan farqli o'laroq, CRISPR-Cas9 nukleaza faolligini boshqarish uchun oqsil-DNK bilan bog'lanish o'rniga RNK-DNK bog'lanishidan foydalanadi, bu dizaynni soddalashtiradi va maqsadli ketma-ketliklarning keng doirasiga qo'llash imkonini beradi. CRISPR-Cas9 bakteriyalarning adaptiv immun tizimidan olingan. CRISPR qisqartmasi ko'pchilik bakterial genomlarda uchraydigan klasterli muntazam intervalgacha qisqa palindromik takrorlanishlarni bildiradi. Qisqa palindromik takrorlanishlar orasida bakterial patogenlarning genomlaridan aniq olingan ketma-ketlik cho'zilgan. "Eski" ajratgichlar klasterning distal uchida, yaqinda uchraydigan patogenlarni ifodalovchi "yangi" ajratgichlar esa klasterning proksimal uchiga yaqin joyda joylashgan. CRISPR hududining transkripsiyasi kichik “yo‘lboshchi RNK”larning ishlab chiqarilishiga olib keladi, ular palindromik takrorlanishlardan ajratgichlardan olingan ketma-ketliklar bilan bog‘langan soch turmagi shakllanishini o‘z ichiga oladi, bu esa har birining o‘ziga mos nishonga biriktirilishiga imkon beradi. Keyin hosil bo'lgan RNK-DNK heterodupleksi Cas9 deb ataladigan nukleaza bilan bog'lanadi va uni maqsad-maxsus ketma-ketlik va yo'naltiruvchi RNKdagi palindromik takrorning tutashuviga yaqin joyda ikki zanjirli DNKning parchalanishini katalizlashga yo'naltiradi. RNK-DNK heteroduplekslari barqaror bo'lgani uchun va yagona maqsadli DNK ketma-ketligi bilan bog'langan RNK ketma-ketligini loyihalash faqat Uotson-Krik asoslarini juftlashtirish qoidalarini bilishni talab qiladi (adenin timin [yoki RNKdagi urasil] va sitozin bilan bog'lanadi). guanin), CRISPR-Cas9 tizimi ZFN yoki TALENlardan foydalanish uchun zarur bo'lgan termoyadroviy oqsil konstruktsiyalaridan afzalroq edi. |
