World

เอนไซม์กำหนดเป้าหมาย RNA ขยายชุดเครื่องมือ CRISPR

RNA-targeting enzyme expands the CRISPR toolkit
McGovern Fellows Jonathan Gootenberg (ซ้าย) และ Omar Abudayyeh ในห้องทดลองของพวกเขา เครดิต: Caitlin Cunningham

นักวิจัยจากสถาบัน McGovern Institute for Brain Research ของ MIT ได้ค้นพบเอนไซม์จากแบคทีเรียที่พวกเขากล่าวว่าสามารถขยายชุดเครื่องมือ CRISPR ของนักวิทยาศาสตร์ ทำให้ง่ายต่อการตัดและแก้ไข RNA ด้วยความแม่นยำที่จนถึงตอนนี้มีเพียง พร้อมสำหรับการแก้ไขดีเอ็นเอ เอ็นไซม์ที่เรียกว่า Cas7-11 ปรับเปลี่ยนเป้าหมาย RNA โดยไม่ทำร้ายเซลล์ ซึ่งชี้ให้เห็นว่านอกจากจะเป็นเครื่องมือวิจัยที่มีคุณค่าแล้ว ยังให้แพลตฟอร์มที่อุดมสมบูรณ์สำหรับการใช้งานด้านการรักษาอีกด้วย

“เอนไซม์ ใหม่นี้ เหมือนกับ Cas9 ของ RNA” กล่าว McGovern Fellow Omar Abudayyeh หมายถึงเอนไซม์ CRISPR ที่ตัดดีเอ็นเอซึ่งปฏิวัติชีววิทยาสมัยใหม่ด้วยการทำให้การแก้ไขดีเอ็นเอรวดเร็ว ราคาไม่แพง และแม่นยำ “มันสร้างการตัดที่แม่นยำสองครั้งและไม่ทำลายเซลล์ในกระบวนการ เช่นเดียวกับเอนไซม์อื่นๆ” เขากล่าวเสริม

จนถึงปัจจุบัน Cas13 เพียงหนึ่งครอบครัวของเอนไซม์กำหนดเป้าหมาย RNA เท่านั้นที่ได้รับการพัฒนาอย่างกว้างขวางสำหรับแอปพลิเคชันการกำหนดเป้าหมาย RNA อย่างไรก็ตาม เมื่อ Cas13 รู้จักเป้าหมาย มันจะทำลาย RNA ในเซลล์ ทำลายเซลล์ไปพร้อมกัน เช่นเดียวกับ Cas9 Cas7-11 เป็นส่วนหนึ่งของระบบที่ตั้งโปรแกรมได้ สามารถส่งไปยังเป้าหมาย RNA ที่เฉพาะเจาะจงได้โดยใช้คู่มือ CRISPR Abudayyeh, McGovern Fellow Jonathan Gootenberg และเพื่อนร่วมงานของพวกเขาได้ค้นพบ Cas7-11 ผ่านการสำรวจเชิงลึกของระบบ CRISPR ที่พบในโลกของจุลินทรีย์ ผลการวิจัยของพวกเขาได้รับการรายงานเมื่อเร็ว ๆ นี้ในวารสาร Nature. สำรวจความหลากหลายทางธรรมชาติ

เช่นเดียวกับโปรตีน CRISPR อื่นๆ Cas7-11 ถูกใช้โดยแบคทีเรียเพื่อเป็นกลไกในการป้องกันไวรัส หลังจากพบไวรัสชนิดใหม่ แบคทีเรียที่ใช้ระบบ CRISPR จะเก็บบันทึกการติดเชื้อไว้ในรูปแบบตัวอย่างเล็กๆ ของเชื้อโรค


วัสดุทั่วไป. หากไวรัสนั้นปรากฏขึ้นอีกครั้ง ระบบ CRISPR จะถูกเปิดใช้งาน โดยนำอาร์เอ็นเอชิ้นเล็กๆ นำทางไปทำลายจีโนมของไวรัสและกำจัดการติดเชื้อ

ระบบภูมิคุ้มกันแบบโบราณเหล่านี้แพร่หลายและหลากหลาย โดยแบคทีเรียต่าง ๆ ใช้โปรตีนที่แตกต่างกันเพื่อตอบโต้ผู้บุกรุกจากไวรัส

“DNA เป้าหมายบางตัว RNA เป้าหมายบางตัว บางชนิดสามารถแยกเป้าหมายได้อย่างมีประสิทธิภาพแต่มีความเป็นพิษอยู่บ้าง และบางตัวก็ไม่ทำ พวกเขาแนะนำบาดแผลประเภทต่างๆ ซึ่งอาจมีความเฉพาะเจาะจงต่างกันไป” ยูจีนกล่าว Koonin นักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการที่ National Center for Biotechnology Information. Abudayyeh, Gootenberg และ Koonin ได้ทำการสำรวจจีโนม ลำดับเพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับความหลากหลายตามธรรมชาติของระบบ CRISPR—และเพื่อขุดหาเครื่องมือที่มีศักยภาพ Abudayyeh กล่าวว่าแนวคิดนี้คือการใช้ประโยชน์จากงานที่วิวัฒนาการได้ทำไปแล้วในด้านวิศวกรรม โปรตีน เครื่อง.

“เราไม่รู้ว่าเราจะทำอะไร หาให้เจอ” Abudayyeh พูด “แต่เราลองสำรวจดูว่ามีอะไรอยู่บ้าง”

ขณะที่ทีมงานกำลังดู ผ่านฐานข้อมูลสาธารณะเพื่อตรวจสอบส่วนประกอบของระบบป้องกันแบคทีเรียต่างๆ โปรตีนจากแบคทีเรียที่แยกได้จากอ่าวโตเกียวได้รับความสนใจ ลำดับกรดอะมิโนบ่งชี้ว่ามันอยู่ในกลุ่มของระบบ CRISPR ที่ใช้เครื่องหลายโปรตีนขนาดใหญ่เพื่อค้นหาและแยกเป้าหมายออกจากกัน แต่โปรตีนนี้ดูเหมือนจะมีทุกอย่างที่จำเป็นสำหรับการทำงานด้วยตัวเอง เอนไซม์ Cas โปรตีนเดี่ยวที่รู้จักกันอื่น ๆ รวมถึงโปรตีน Cas9 ที่ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการแก้ไข DNA อยู่ในกลุ่มที่แยกจากกันของระบบ CRISPR แต่ Cas7-11 ทำให้ขอบเขตของระบบการจำแนก CRISPR ไม่ชัดเจน Koonin กล่าว

เอ็นไซม์ ซึ่งในที่สุดทีมงานได้ตั้งชื่อว่า Cas7-11 นั้นมีความน่าสนใจจากมุมมองทางวิศวกรรม เพราะโปรตีนเดี่ยวนั้นง่ายต่อการส่งไป และสร้างเครื่องมือที่ดีกว่าเครื่องมือที่ซับซ้อน แต่องค์ประกอบของมันก็ส่งสัญญาณถึงประวัติศาสตร์วิวัฒนาการที่ไม่คาดคิดเช่นกัน ทีมงานพบหลักฐานว่าผ่านการวิวัฒนาการ ส่วนประกอบของเครื่อง Cas ที่ซับซ้อนมากขึ้นได้หลอมรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโปรตีน Cas7-11 Gootenberg เปรียบเสมือนการค้นพบค้างคาวเมื่อคุณเคยคิดว่านกเป็นสัตว์ชนิดเดียวที่บินได้ ด้วยเหตุนี้จึงตระหนักว่ามีเส้นทางวิวัฒนาการหลายทางที่จะบินได้ “มันเปลี่ยนภูมิทัศน์ของวิธีคิดเกี่ยวกับระบบเหล่านี้โดยสิ้นเชิง ทั้งในด้านการทำงานและวิวัฒนาการ” เขากล่าว

การแก้ไขที่แม่นยำ

เมื่อ Gootenberg และ Abudayyeh ผลิตโปรตีน Cas7-11 ในห้องแล็บและเริ่มทดลองกับมัน พวกเขาตระหนักว่าเอนไซม์ที่ผิดปกตินี้เสนอวิธีที่มีประสิทธิภาพในการจัดการ และศึกษาอาร์เอ็นเอ เมื่อพวกเขานำมันเข้าไปในเซลล์พร้อมกับคู่มือ RNA มันทำการตัดที่แม่นยำอย่างน่าทึ่ง ตัดเป้าหมายของมันในขณะที่ปล่อยให้ RNA อื่นไม่ถูกรบกวน ซึ่งหมายความว่าพวกเขาสามารถใช้ Cas7-11 เพื่อเปลี่ยนตัวอักษรบางตัวในรหัส RNA ได้ แก้ไขข้อผิดพลาดที่เกิดจากการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม พวกเขายังสามารถตั้งโปรแกรม Cas7-11 เพื่อทำให้เสถียรหรือทำลายโมเลกุล RNA เฉพาะภายในเซลล์ ซึ่งทำให้พวกเขาสามารถปรับระดับของโปรตีนที่เข้ารหัสโดย RNA เหล่านั้นได้

Abudayyeh และ Gootenberg ยังพบว่าความสามารถในการตัด RNA ของ Cas7-11 อาจถูกลดทอนลงโดยโปรตีนที่ดูเหมือนว่าจะมีส่วนร่วมในการกระตุ้นการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้ ซึ่งบ่งชี้ถึงการเชื่อมโยงที่เป็นไปได้ ระหว่างการป้องกัน CRISPR และการตอบสนองต่อการติดเชื้อที่รุนแรงมากขึ้น

ทีมงานพบว่าเวกเตอร์บำบัดด้วยยีนสามารถส่งมอบได้อย่างสมบูรณ์ ระบบแก้ไข Cas7-11 สู่เซลล์ และ Cas7-11 นั้นไม่กระทบต่อสุขภาพของเซลล์ พวกเขาหวังว่าด้วยการพัฒนาต่อไป สักวันหนึ่ง เอ็นไซม์อาจถูกใช้เพื่อแก้ไขลำดับที่ก่อให้เกิดโรคจากอาร์เอ็นเอของผู้ป่วย เพื่อให้เซลล์ของพวกเขาสามารถผลิตโปรตีนที่มีสุขภาพดี หรือลดระดับของโปรตีนที่ทำอันตรายเนื่องจากโรคทางพันธุกรรม .

“เราคิดว่าวิธีการตัด Cas7-11 ที่ไม่เหมือนใครช่วยให้แอปพลิเคชั่นที่น่าสนใจและหลากหลายมากมาย” Gootenberg กล่าว โดยสังเกตว่าไม่มีเครื่องมือ CRISPR อื่นใดที่ตัด RNA ได้อย่างแม่นยำเช่นนี้ “นี่เป็นอีกตัวอย่างที่ดีที่แสดงให้เห็นว่าการสำรวจพื้นฐานทางชีววิทยาเหล่านี้สามารถให้เครื่องมือใหม่สำหรับการรักษาและการวินิจฉัยได้อย่างไร” เขากล่าวเสริม “และแน่นอนว่าเรายังคงแค่เพียงเกาพื้นผิวของสิ่งที่มีความหลากหลายทางธรรมชาติ”


ข้อมูลมากกว่านี้: Ahsen Özcan et al การกำหนดเป้าหมาย RNA ที่ตั้งโปรแกรมได้โดยใช้ CRISPR effector Cas7-11 ที่มีโปรตีนเดี่ยว ธรรมชาติ (2021).

    ดอย: 10.1038/s41586-021-03886-5

การอ้างอิง: เอ็นไซม์กำหนดเป้าหมาย RNA ขยายชุดเครื่องมือ CRISPR (2021, 20 กันยายน) ดึงข้อมูลเมื่อ 21 กันยายน พ.ศ. 2564 จาก https://phys.org/news/2021-09- rna-targeting-enzyme-crispr-toolkit.html

เอกสารนี้อยู่ภายใต้ลิขสิทธิ์ นอกเหนือจากข้อตกลงที่เป็นธรรมเพื่อการศึกษาหรือการวิจัยส่วนตัวแล้ว ห้ามทำซ้ำส่วนหนึ่งส่วนใดโดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร เนื้อหานี้จัดทำขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ข้อมูลเท่านั้น

  • บ้าน
  • ธุรกิจ

  • การดูแลสุขภาพ
  • ไลฟ์สไตล์
  • เทค

  • โลก
  • อาหาร

  • เกม

  • การท่องเที่ยว
  • Leave a Reply

    Your email address will not be published.

    Back to top button