Harvard ekibi yeni bir CRISPR uygulaması getiriyor: hücre aktivitelerinin fotoğraflarını çekmek!
Tıpkı bir kara kutunun bir kaza meydana geldiğinde uçağın durumunu kaydedebilmesi ve bir polis cesedi kamerasının olay yerini eski haline getirebilmesi gibi, biyologlar da hücreler değiştiğinde dahili etkinlikleri kaydetmek için bir veri kaydedici icat etmeyi umuyorlar. Böylelikle kanser, yaşlanma, çevrenin organizmalar üzerindeki etkisi ve embriyonik gelişim süreçlerini netleştirme fırsatına sahibiz.
Bilim adamları, izleme etkisi elde etmek için belirli bir geni etkili bir floresan protein geniyle bağlamak veya gen dizisini değiştirmek için rekombinaz kullanmak gibi birçok girişimde bulundu; ancak bu yöntemlerin kaydedilmiş bilgiler gibi çeşitli sorunları vardır. Gelecek nesil hücrelere aktarılamaz veya sinyal gücü ve zamanı kaydedilemez.
Şimdi, bilim adamları bir "hücre kaydedici" oluşturmak için devrim niteliğindeki gen düzenleme aracı CRISPR'yi kullandılar. , Yukarıdaki sorunları mükemmel bir şekilde çözer. Bu haftaki "Science", Harvard Üniversitesi'nden kimyager David Liu ve doktora sonrası araştırma görevlisi Weixin Tang'ın sonuçlarını çevrimiçi olarak yayınladı ve "CRISPR aracılı" simüle edilmiş çok olaylı kayıt cihazı "dedikleri şeyi açıkladı. KAMERA ".
Şekil David Liu
Bu tekniği daha fazla açıklamak için, araştırmacılar hücreleri ışığa, antibiyotik enjekte ederek ve viral enfeksiyonlara maruz bıraktılar ve CAMERA tarafından kaydedilen hücre değişikliklerini gözlemleyebildiler. "Bu araştırmanın en önemli özelliği, insanların hücresel yolları aydınlatmak için CRISPR teknolojisini nasıl kullandıklarıdır" , Berkeley Kaliforniya Üniversitesi'nde biyomühendis olan Dave Savage.
CRISPR'nin ilk rolü, çift sarmallı DNA'yı bulmak ve kesmektir ve icadından bu yana gen nakavt ve gen düzenleme için yaygın olarak kullanılmaktadır. CRISPR / Cas9 sistemi, en olgun araçlardan biridir.Sistem, kılavuz RNA ve Cas9 enziminden oluşur. İlki, DNA dizilerini özel olarak tanıyabilirken, ikincisi, tanıma sitelerini kesmekten sorumludur. "KAMERA" nın mekanizması, dış uyaran sinyallerinin CRISPR sistemi üzerinde hareket ederek genetik bilgiyi değiştirmesidir.Bu değişikliği kaydederek hücrenin uyarılmasının bilinmesi mümkündür.
KAMERA'nın ilk şekli, plazmitlerin özelliklerini kullanır: Plazmid, bakterilerin genetik materyalidir ve kendini sitoplazmada kopyalayabilen, ancak belirli bir popülasyon numarasını kesin olarak koruyabilen dairesel bir DNA'dır.
Kayıt cihazı iki plazmit R1 ve R2 içerir, ikisinin başlangıç oranı sabittir. Kayıt cihazı ayrıca özel bir plazmid içerir.Plazmit, CRISPR bileşenleri içeren genlerle sokulur.Hücre dış kaynaklar tarafından uyarıldığında, plazmit aktive edilebilir ve kılavuz RNA ve Cas9 enzimi hücreye kopyalanabilir veya çevrilebilir. R1 plazmiti numarasını değiştirecek. Örneğin, araştırmacılar tarafından yapılan bir testte, bakterilere antibiyotikle aktif hale getirilmiş bir KAMERA sistemi kurduklarında, bakterileri sıralayarak ve R1: R2'deki değişiklikleri kaydederek, araştırmacılar hücrelerin ilaca ne kadar süre maruz kaldığını bilebilirler .
(Kaynak: Science resmi web sitesi)
KAMERA'nın ikinci formu, değiştirilmiş bir Cas9 enzimi kullanır Enzim çift sarmalı kesemez, ancak sitozin üzerinde onu timine dönüştürmek için etki edebilir, her ikisi de DNA'nın dört bazından biridir. CRISPR sistemi etkinleştirildiğinde, kılavuz RNA, Cas9 enzimini, DNA'sı hücrelere zarar vermeden keyfi olarak değiştirilebilen "güvenli limanlar" adı verilen bir gen sınıfına birlikte yerleştirir. Araştırmacılar, "güvenli liman" gen sitozinindeki değişiklikleri gözlemleyerek sinyal etkisinin yoğunluğunu dolaylı olarak kaydedebilirler. Örneğin, başka bir testte araştırmacılar, embriyonik gelişim ve kanser gelişiminde önemli bir rol oynayan Wnt yolunu etkinleştirdiler ve stimülasyon sinyallerinin Wnt yolu üzerindeki etkisini kaydetmek için KAMERA'yı açtılar.
Şekil Guanda Lu
CAMERA'ya ek olarak, diğer araştırmacılar da Massachusetts Institute of Technology'den Timothy Lu gibi kayıt cihazlarını icat etmek için CRISPR kullandılar. Ancak Lu Guanda, icadının bakterilerle sınırlı olduğunu ve KAMERA ile karşılaştırıldığında sinyalleri kaydetmek için örnek olarak daha fazla hücreye ihtiyaç duyduğunu ve sinyal-gürültü oranının da daha kötü olduğunu söyledi.
KAMERA sadece 10 hücre içeren numuneler üzerinde çalışabilir ki bu çok önemlidir. Daha az hücre gerektiğinden, ölçümün doğruluğu artar.
Beyin çalışmasını örnek alan Harvard Üniversitesi genetikçisi George Church şunları söyledi: "Bir beyin aktivitesi haritası çizmek istiyorsanız, her hücre farklı ve önemlidir."
Aynı zamanda, yukarıda belirtildiği gibi, KAMERA'nın bir diğer önemli önemi de sinyal hareketinin zamanını ve yoğunluğunu kaydedebilmesidir. Örnek olarak kanseri ele alalım: Bu, hücrelerin farklı aşamalarda farklı sinyallere nasıl tepki verdiklerini gözlemlememize yardımcı olabilir. Church, "İdeal durum, okunabilir DNA dizilerini kaydedebilen ve tüm zaman boyunca her hücrede neler olduğunu size söyleyebilen tek moleküllü bir otomatik kayıt cihazına sahip olmaktır." Dedi.
KAMERA ayrıca kaydedilen bilgileri temizleme, plazmid oranını ilaçlar aracılığıyla "sıfırlama" gibi başka potansiyel işlevlere de sahiptir. KAMERA ayrıca birkaç farklı sinyalin hücreler üzerindeki etkilerini aynı anda veya art arda kaydedebilir. Ancak bu kalabalık biyolojik kayıt alanı için, KAMERA'nın değerini kanıtlamasını istiyorsanız, araştırmacıların sadece Liu Ruqian'ın Wnt deneyinde değil, hayvanlarda da çalışabileceğini kanıtlaması gerekir.
Savage, "Gerçek yetenekler henüz piyasaya sürülmedi," dedi ve "Katil uygulamaların beklenmesi ve görülmesi gerekiyor."
