Živali, ki dajejo upanje

Živali, ki dajejo upanje

Oleg Makarov
"Popularna mehanika" št. 4, 2016

Ena najhujših bolezni, ki jo narava daje ljudem, je genetska. Uspešno se lahko ukvarjate s povzročitelji bolezni – bakterijami in virusi, vendar če je problem v človeškem genomu od rojstva, je zelo težko pomagati pacientu. Sodobna znanost trmasto išče priložnost, da "popravi" mutirane gene.

Duchenova miodistrofija je ena od redkih, a še vedno sorazmerno pogostih genetskih bolezni. Bolezen se diagnosticira v starosti od treh do petih, običajno pri dečkih, ki se najprej manifestira samo v oviranem gibanju, pri starosti desetih, ki trpi zaradi takšne miodistrofije, ne more več hoditi do 20-22 let, ko se njegovo življenje konča. Vzrok je mutacija gena distrofinov, ki je na X-kromosomu. Kodira protein, ki povezuje membrano mišične celice s pogodbenimi vlakni. Funkcionalno je to vrsta pomladi, ki zagotavlja gladko zmanjšanje in celovitost celične membrane. Mutacije v genu vodijo do distrofije skeletnega mišičnega tkiva, diafragme in srca. Zdravljenje bolezni je paliativno in omogoča lerazbremeniti nekaj trpljenja. Vendar se je z razvojem genetskega inženirstva na koncu tunela pojavila luč.

O vojni in miru

Genska terapija je dajanje konstrukcij na osnovi nukleinske kisline v celice za zdravljenje genskih bolezni. S to terapijo lahko odpravite genetski problem na ravni DNA in RNA, spreminjate postopek izražanja želenega proteina. Na primer, DNA lahko dostavimo v celico s popravljeno sekvenco, s katero se sintetizira funkcionalni protein. Ali pa nasprotno, možne so brisanja določenih genskih sekvenc, kar bo pripomoglo k zmanjšanju škodljivih učinkov mutacije. V teoriji je to preprosto, toda v praksi gensko zdravljenje temelji na najzahtevnejših tehnologijah za delo s predmeti microworld in je kombinacija naprednega znanja na področju molekularne biologije.

"Distrofinski gen, katerega mutacije povzročajo miodistrofijo Duchenne, je ogromno", pravi razvojni direktor biotehnološkega podjetja Marlin Biotech iz biologije Vadim Zhernovkov. "Vključuje 2,5 milijona baznih parov, ki jih je mogoče primerjati s številom črk v romanu "Vojna in mir".In predstavljamo si, da smo iz epske izvlekli nekaj pomembnih strani. Če so na teh straneh opisani pomembni dogodki, bi bilo razumevanje knjige že težavno. Toda gen je bolj zapleten. Iskanje še ene kopije vojne in miru je enostavno, nato pa lahko beremo manjkajoče strani. Toda distrofinski gen je v kromosomu X in pri moških je sam. Tako je pri spolnih kromosomih pri dečkih shranjen le en izvod gena ob rojstvu. Nikjer drugje ni treba vzeti.

Nazadnje, pri sintetiziranju beljakovin iz RNK je pomembno, da se ohrani bralni okvir. Bralni okvir določa, katera skupina treh nukleotidov se bere kot kodon, kar ustreza eni amino kislini v proteinu. Če je v genu fragmenta DNA izbrisan izbris, ki ni večkratnik treh nukleotidov, pride do spremembe v branju – kodiranje se spremeni. To bi lahko primerjali s položajem, ko bodo po iztrganih straneh v celotni preostali knjigi vse črke nadomeščene z naslednjimi v abecednem vrstnem redu. Pridi. To je enako z neustrezno sintetiziranimi beljakovinami. "

Biomolekularni omet

Ena od učinkovitih metod genske terapije za obnavljanje normalne beljakovinske sinteze je preskakovanje eksonov z uporabo kratkih nukleotidnih zaporedij.V Marlin Biotechu je tehnologija uporabe delovnega sistema z genom distrofina že razvita z uporabo te metode. Kot je znano, se v procesu transkripcije (sinteza RNA) najprej oblikuje tako imenovana prematrix RNA, ki obsega oba območja, ki kodirajo proteine ​​in nekodirane (introni). Nato se začne postopek splenja, v katerem sta introni in eksoni ločeni in nastane "zrela" RNA, ki sestoji samo iz eksonov. Na tej točki so lahko nekateri eksoni blokirani, "prekriti" s pomočjo posebnih molekul. Posledično v zreli RNK ne bo več tistih kodirnih regij, ki bi se jih raje znebili, zato bo obnovljen bralni okvir, sintetizirali bomo beljakovine.

"Razrešili smo to tehnologijo. in vitro, – pravi Vadim Zhernovkov, – to je, na celične kulture, vzgojene iz celic bolnikov z miodistrofijo Duchenne. Vendar posamezne celice niso organizem. Pri napadih celičnih procesov moramo opazovati učinke v živo, vendar ni mogoče vključiti ljudi v testiranje iz različnih razlogov, od etičnih do organizacijskih. Zato je postalo treba pridobiti model miodistrofije Duchenne z določenimi mutacijami, ki temeljijo na laboratorijski živali. "

Kako priti v mikrorelo

Transgene miši vam omogočajo ustvarjanje živih modelov hudih človeških genskih bolezni. Ljudje bi morali biti hvaležni tem majhnim bitjem.

Transgene živali so živali, pridobljene v laboratoriju, v genomu katerih so bile spremembe namerno in namensko izdelane. V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je postalo jasno, da je ustvarjanje transgenov najpomembnejši način za proučevanje funkcij genov in beljakovin. Ena od prvih metod za pridobitev popolnoma genetsko modificiranega organizma je bila injekcija DNA v pronucleus ("predhodnik jedra") zigotov oplojenih jajc. To je logično, saj je najlažje spremeniti genom živali na samem začetku razvoja.

Draguljarji so ljubosumni. DNK injekcija v pronucleus zygote je ena od prvih in najbolj tradicionalnih transgenskih tehnologij. Injekcijo se izvaja ročno z ultrafinskimi iglami pod mikroskopom s 400-kratno povečavo

Vbrizgavanje v jedro zigote je zelo netrivialen postopek, ker govorimo o mikroštalih. Mlečna jajčna celica ima premer 100 μm in pronucleus je 20 μm. Delovanje poteka pod mikroskopom z 400-kratno povečavo, vendar je injekcija najbolj priročno delo.Seveda se za "injekcijo" uporablja ne tradicionalna brizga, ampak posebna steklena igla z votlim kanalom znotraj, kjer se zbira genski material. En konec lahko držimo v roki, drugi pa ultra-tanek in oster – praktično neviden golim očesom. Seveda takšne krhke konstrukcije borosilikatnega stekla ni mogoče dolgo časa hraniti, zato je na voljo laboratorij, ki je na voljo na posebnem stroju tik pred delom. Uporabljen je poseben sistem kontrastnega slikanja celice brez obarvanja – interferenca s samim pronucleusom je travmatična in je dejavnik tveganja za preživetje celic. Barva bi bila še en tak dejavnik. Na srečo so jajca precej trdna, vendar število zigotov, ki povzročajo transgene živali, predstavljajo le nekaj odstotkov celotnega števila jajc, v katerih je bila injicirana DNA.

Naslednja faza je kirurška. Operacija se izvaja pri presaditvi mikroinstigiranih zigotov v oviduktni lijak prejemne miši, ki bo postala nadomestna mati bodočemu transgenu.Nato laboratorijska žival naravni poti skozi nosečnostni cikel, rodi se potomstvo. Običajno je v leglu približno 20% transgenih miši, kar kaže tudi na nepopolnost metode, ker vsebuje velik element naključnosti. Z injekcijo raziskovalec ne more nadzorovati, kako natančno se vstavljeni fragmenti DNA vključijo v genom bodočega organizma. Obstaja velika verjetnost takšnih kombinacij, ki bodo pripeljale do smrti živali na zarodni stopnji. Kljub temu metoda deluje in je primerna za številne znanstvene namene.

DNK škarje

Ampak obstaja bolj učinkovit način, ki temelji na ciljanem urejanju genomov s tehnologijo CRISPR / Cas9. "Danes je molekularna biologija nekoliko podobna dobi oddaljenih pomorskih ekspedicij pod jadrom," pravi Vadim Zhernovkov. "Skoraj vsako leto v tej znanosti pride do pomembnih odkritij, ki lahko spremenijo naše življenje. Na primer, pred nekaj leti so odkrili mikrobiologi , so proučevane vrste bakterij imunske na virusne okužbe. Kot rezultat nadaljnjih raziskav se je izkazalo, da bakterijska DNA vsebuje specifične loci (CRISPR),iz katerega se sintetizirajo fragmenti RNK, ki se lahko komplementarno navezujejo na nukleinske kisline tujih elementov, na primer DNA ali RNA virusov. Beljakovina Cas9, encimska nukleaza, se veže na to RNA. RNA služi kot vodnik Cas9, ki označuje specifično regijo DNA, v kateri nukleaz naredi rez. Pred približno treh do petimi leti so se pojavili prvi znanstveni dokumenti, v katerih je bila razvita tehnologija CRISPR / Cas9 za urejanje genomov. "

Protein-rezalnik. Na diagramu je prikazan proces CRISPR / Cas9, ki vključuje subgenomično RNA (sgRNA), njegov del deluje kot vodnik RNK, kot tudi nukleazo beljakovine Cas9, ki prekine obe plasti genomske DNA na označenem vodniku RNA.

V primerjavi z metodo uvedbe konstrukta za naključno vstavljanje, nova metoda omogoča izbiro elementov sistema CRISPR / Cas9 na tak način, da natančno usmerite usmerjevalnike RNA na prave dele genoma in dosežete ciljno izbris ali vstavljanje želene sekvence DNA. Prav tako so možne napake pri tej metodi (vodnik RNK včasih ni povezan s področjem, na katero je namenjen), vendar je uporaba CRISPR / Cas9 učinkovitost ustvarjanja transgenov že okoli 80%."Ta metoda ima obsežne možnosti, ne le za ustvarjanje transgenov, temveč tudi za druga področja, zlasti za gensko terapijo," pravi Vadim Zhernovkov. koda ljudi bo s programom CRISPR / Cas9 precej težavna. Dokler obstaja možnost napake, obstaja nevarnost, da bo oseba izgubila pomemben kodirni del genomov. "

Mlečno zdravilo

Razvoj transgenskih tehnologij omogoča proizvodnjo živalskih beljakovin, ki jih zahteva farmacevtska industrija. Te beljakovine se pridobivajo iz mleka transgenih koz in krav. Obstajajo tudi tehnologije za pridobivanje specifičnih beljakovin iz piščančjih jajc.

Ruska družba Marlene Biotech je uspela ustvariti transgensko miško, v kateri je bila mutacija, ki je vodila do miodistrofije Duchenne, v celoti reproducirana, naslednji korak pa bi bil testiranje tehnologij genske terapije. Istočasno pa oblikovanje modelov človeških genskih bolezni na osnovi laboratorijskih živali ni edina možna uporaba transgenov. Tako v Rusiji in v zahodnih laboratorijih poteka delo na področju biotehnologije, ki omogoča pridobivanje zdravilnih proteinov živalskega izvora, ki so pomembni za farmacevtsko industrijo.Kot proizvajalci, krave ali koze se lahko uporabljajo, v katerih se lahko spreminja celični aparat za proizvodnjo beljakovin, vsebovanih v mleku. Zdravilna beljakovina se lahko pridobiva iz mleka, ki se pridobiva ne s kemičnimi sredstvi, ampak z uporabo naravnega mehanizma, ki bo povečal učinkovitost zdravila. Trenutno so bile razvite tehnologije za proizvodnjo takih zdravilnih beljakovin kot humanega laktoferina, prourokinaze, lizocima, atrina, antitrombina in drugih.


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: