Co je to CRISPR?
Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – clustery pravidelně rozmístěných palindromických repetic jsou segmenty DNA prokaryot, kde dochází k repetici patternu nukleotidů. Mezi těmito repeticemi se ukrývá tzv. nekódující DNA – „spacer DNA“, která rozpozná venkovní hrozby ve formě bakteriofágů/plazmidů a deaktivuje jej. Jedná se tak o specifický imunitní systém veškerých organismů. Tento mechanismus byl nejprve vypozorován u prokaryot. U prokaryot spacer DNA bývá velmi krátká v rozsahu jednotek nukleotidů, ale u eukaryot se může jednat o delší sekvence (případně majoritu genu). Jednoduše řečeno, organismy si vedou svůj deníček, kde si zapisují, s kým se setkali, a tuto informaci uloží do svého genomu. Nepřítele hostitel „rozstříhá“ v místě nazývaném CRISPR lokus a vytvoří si záznam ve formě nukleové kyseliny pro případné budoucí využití.
A co cas9?
Cas představuje zkratku crisper-associated genes neboli crisperem-asociované geny. Je to tedy úsek DNA kódující specifické proteiny (nukleázy). Těchto genů je celá řada. Takovéto proteiny umí pracovat s vláknem DNA a mají schopnost ho editovat.
Tyto procesy probíhají přirozeně uvnitř buněk. CRISPR metodu lze ale využívat i záměrně za účelem modifikace genetické informace nejen živočichů, ale i rostlin.
CRISPR-cas9 metoda byla představena v roce 2012 a přinesla revoluci v oblasti genového inženýrství a také mnoho otázek a obav. V roce 2020 byla udělena Jennifer Doudnaové a Emmanuelle Charpentierové Nobelova cena za chemii. Tato metoda se díky své finanční nenáročnosti stala „šlágrem“ moderních chemických laboratoří.
Kdepak to střihneme, pane doktore?
Nukleáza („nůžky“) Cas9 je doplněna chimérickou jednovláknovou sgRNA[1], což je vodítko, které přesně pozná, kde je vhodné místo pro rozdělení vlákna. Díky komplementaritě bazí se střihne přesně tam, kde má.
A proč?
Možná si říkáte, proč bychom riskovali a editovali naši DNA? Je to přece hra s ohněm. Pokud ale někteří lidé prochází pokročilým stádiem rakoviny, toto by mohla být jejich poslední záchrana.
Do rozstřihlého úseku se mohou implementovat tzv. indely. Jedná se o proces zavedení/delece bazí v genetické informaci. Toto zapříčiní posun stop kodonů, a tedy i k vyřazení určitých genů. To, co se nám nehodí, deaktivujeme.
Praktické využití
Transgenní model
Vědci díky této metodě mohou simulovat lidské choroby na jiných organismech. Na experimentálních myších například nasimulují cukrovku. Zde se nabízí etická otázka, zda je toto opravdu správné.
Editace – výměna genu
CRISPR-cas9 našel svoje využití i v oblasti terapie virových onemocnění a onkogenních nálezů. CRISPR se tak může nasměrovat pouze na nádorovou buňku a zdravých buněk si nebude všímat. Dochází zde tak k minimálnímu vedlejšímu efektu.
Tímto způsobem lze realizovat specifická antibiotika. Metodou CRISPR lze zacílit na konkrétní geny bakterií fungujících jako rezistence vůči antibiotikům.
V roce 2014 massachusettský tým vedený Robertem Citorikem vnesl systém CRISPR do bakterie Escherichia Coli. Některé z rodiny bakterií obsahovaly rezistenční geny blaSHV-18 a blaNDM-1[2]. Zda je tato metoda skutečně účinná s jistotou říci nemůžeme, neboť je tento výzkum stále na začátku a vědci nezískali natolik přesvědčivá data, aby se CRISPR začal využívat tímto způsobem například komerčně.
Dále se CRISPR využívá jako kontrolor genů. Implementací bílkovinnových struktur lze urychlit/zpomalit transkripci RNA. Vědci z University of California San Francisco toto vyzkoušeli s bílkovinou KRAB, která účinně akcelerovala přepis genů.
[1] single stranded guide RNA – jednovláknová vedoucí RNA
[2] Jedná se o sekvenci nukleotidů v kolicinogenním plazmidu Enterobacteriaceae
Zdroje:
Schéma CRISPR. In: Wikipedia [online]. [cit. 2022-12-05]. Dostupné z: https://cs.wikipedia.org/wiki/Metoda_CRISPR#/media/Soubor:GRNA-Cas9.svg
KRAB protein [online]. [cit. 2022-12-05]. Dostupné z: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3770145/
CRISPR: přesná střelba na genetické cíle [online]. [cit. 2022-12-05]. Dostupné z: https://vesmir.cz/cz/on-line-clanky/2015/05/crispr-presna-strelba-geneticke-cile.html
CRISPR/Cas9 – oblíbená metoda šlechtitelů [online]. [cit. 2022-12-05]. Dostupné z: https://www.biotrin.cz/crispr-cas9-oblibena-metoda-slechtitelu/
Metoda CRISPR. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2022-12-05]. Dostupné z: https://cs.wikipedia.org/wiki/Metoda_CRISPR
DNA [online]. In: . [cit. 2022-12-06]. Dostupné z: https://news.cancerresearchuk.org/wp-content/uploads/2017/04/Gene-hero2.jpg
