Розділ 7.2: Секвенування ДНК і редагування геному: CRISPR/Cas9, TALENs та інші

Секвенування ДНК і редагування геному є двома ключовими напрямками біотехнології та генної інженерії, які зробили революцію в цій галузі за останні роки.

Секвенування ДНК — це процес визначення порядку нуклеотидів (аденін, цитозин, гуанін і тимін) у молекулі ДНК. Перший метод секвенування ДНК був розроблений Фредеріком Сенгером у 1977 році, який використовував техніку, відому як секвенування обриву ланцюга. Цей метод передбачає розбиття молекули ДНК на фрагменти, секвенування кожного фрагмента окремо, а потім об’єднання фрагментів разом для визначення вихідної послідовності ДНК. Цей метод широко використовувався протягом кількох десятиліть, але з часом його перевершили технології секвенування наступного покоління (NGS).

Технології NGS, вперше розроблені в 2000-х роках, дозволяють секвенувати ДНК набагато швидше та доступніше, ніж традиційні методи. Методи NGS включають секвенування Illumina, яке використовує оборотні термінатори для виявлення включення нуклеотидів у зростаючий ланцюг ДНК, і секвенування нанопор, яке передбачає протягування одноланцюгової ДНК через білкову пору та виявлення змін електричного струму, які відбуваються під час проходження кожного нуклеотиду. через пори. Ці методи зробили революцію в галузі геноміки, дозволивши дослідникам секвенувати цілі геноми за лічені години або дні, і призвели до значного прогресу в персоналізованій медицині та прецизійній онкології.

Редагування геному, з іншого боку, передбачає внесення цілеспрямованих змін до послідовності ДНК організму. Одним із найпоширеніших методів редагування геному є CRISPR/Cas9, який вперше був розроблений у 2012 році. CRISPR/Cas9 — це бактеріальний захисний механізм, який використовує білок під назвою Cas9 і невелику молекулу РНК для націлювання на конкретні послідовності ДНК і їх розрізання. Дослідники адаптували цю систему, щоб створити інструмент для редагування генома в широкому діапазоні організмів, включаючи людей. CRISPR/Cas9 має потенціал для лікування генетичних захворювань, створення нових методів лікування раку та збільшення генетичного різноманіття сільськогосподарських культур.

Інша техніка редагування геному — ефекторні нуклеази, подібні до активатора транскрипції (TALEN), які вперше були розроблені в 2011 році. TALEN працюють подібно до CRISPR/Cas9, але замість того, щоб використовувати молекулу РНК для націлювання на певні послідовності ДНК, вони використовують білок, розроблений зв'язуватися з певною послідовністю ДНК. TALEN використовувалися для створення генетично модифікованих організмів, включаючи сільськогосподарські культури та худобу, і мають потенціал для лікування генетичних захворювань у людей.

На додаток до CRISPR/Cas9 і TALEN, інші методи редагування геному включають нуклеази цинкового пальця (ZFN) і мегануклеази. Ці методи були використані для створення генетично модифікованих організмів і для лікування генетичних захворювань у людей.

Загалом секвенування ДНК і редагування геному зробили революцію в галузі біотехнології та генної інженерії, дозволивши дослідникам секвенувати цілі геноми та вносити цілеспрямовані зміни в послідовність ДНК організмів. Ці технології мають потенціал для лікування генетичних захворювань, створення нових методів лікування раку та підвищення генетичного різноманіття сільськогосподарських культур.