Állatok, amelyek reményt adnak

Állatok, amelyek reményt adnak

Oleg Makarov
"Népszerű Mechanika" №4, 2016

Az egyik legsúlyosabb betegség, amelyet a természet adományoz emberre, genetikai. Sikeresen megbirkózhat a betegségek – a baktériumok és a vírusok – kórokozóival, de ha a probléma az emberi genomban született, akkor rendkívül nehéz segíteni a pácienst. A modern tudomány makacsul keresi a lehetőséget, hogy "javítsa" a mutált géneket.

A Duchenne-myodistrofia az egyik ritka, de még mindig viszonylag gyakori genetikai betegség. A betegséget három-öt éves korban diagnosztizálják, rendszerint a fiúknál, akik először csak akadályozott mozgásokban nyilvánulnak meg, az ilyen myodisztrófia szenvedő tíz éves kora már nem járhat, 20-22 évig az élete véget ér. Ezt a disztrofin-gén mutációja okozza, amely az X kromoszómán van. Olyan fehérjét kódol, amely összekapcsolja az izomsejt membránját összehúzó szálakkal. Funkcionálisan ez egyfajta rugó, amely biztosítja a sejtmembrán sima csökkentését és integritását. A génmutációk a vázizomzat, a membrán és a szív elváltozásához vezetnek. A betegség kezelése palliatív és csak lehetővé teszienyhíti a szenvedést. A géntechnológia fejlődésével azonban az alagút végén egy fény jelent meg.

A háborúról és a békéről

A génterápia a nukleinsavalapú konstrukciók sejtekben történő bejuttatása genetikai betegségek kezelésére. Ezzel a terápiával a genetikai problémát a DNS és az RNS szintjén kijavíthatja, megváltoztatva a kívánt fehérje kifejeződési folyamatát. Például a DNS-t egy olyan sejthez továbbíthatjuk, amely egy korrigált szekvenciával rendelkezik, amellyel funkcionális fehérjét szintetizálunk. Vagy éppen ellenkezőleg, bizonyos genetikai szekvenciák deléciói lehetségesek, ami szintén hozzájárul a mutáció káros hatásainak csökkentéséhez. Elméletileg ez egyszerű, de a gyakorlatban a génterápia a legegyszerűbb technológiákon alapul, amelyekkel a mikrovilág tárgyaival dolgozhat, és a molekuláris biológia területén a fejlett tudás kombinációja.

"A dystrofin gén, amelynek mutációi Duchenne myodystrophiát termelnek, hatalmas" – mondja Marlin Biotech biotechnológiai vállalat fejlesztési igazgatója, a biológia Vadim Zhernovkov. a "Háború és béke" című regényben.És képzeljük el, hogy kiemeltünk néhány fontos oldalt az eposztól. Ha ezeken az oldalakon jelentős eseményeket írnak le, akkor a könyv megértése már nagyon nehéz lenne. De a gén bonyolultabb. A háború és a béke egy másik példányának megtalálása egyszerű, és a hiányzó oldalak olvashatók. De a dystrofin gén az X kromoszómában van, és a férfiakban egyedül van. Így a fiúk nemi kromoszómáiban a génnek csak egy példánya születéskor tárolódik. Nincs más helye.

Végül, az RNS-ből származó fehérje szintézisében fontos az olvasási keret megőrzése. Az olvasási keret meghatározza, hogy a három nukleotid közül melyik csoportot kodonként olvasjuk, ami egy fehérje egy aminosavának felel meg. Ha egy olyan DNS-fragmens génjén van deléció, amely nem három nukleotid többszöröse, egy leolvasási keret-eltolódás történik – a kódolás változik. Ez hasonlítható össze azzal a helyzetgel, amikor a szakadt oldalak után az egész fennmaradó könyvben betűrendben minden betű a következő lesz. Hülyeség. Ugyanez a helyzet egy rosszul szintetizált fehérjével. "

Biomolekuláris vakolat

A normál fehérjeszintézis helyreállításához a génterápia egyik hatékony módszere az, hogy az egzont rövid nukleotidszekvenciákkal hagyja el.A Marlin Biotechben a dystrophin génnel való együttműködés technológiáját már kidolgozták. Mint ismeretes, a transzkripció folyamatában (RNS szintézis) először előállítjuk az úgynevezett prematrix RNS-t, amely mind fehérje kódoló régiókat (exonokat), mind nem kódoló (intronokat) tartalmaz. Ezután megindul a kötési folyamat, amelynek során az intronok és az exonok elválnak, és egy "érett" RNS képződik, amely csak exonokból áll. Ezen a ponton bizonyos exonok blokkolhatók, "lefedve" speciális molekulák segítségével. Ennek eredményeképpen az érett RNS-ben nem lesz olyan kódolórégió, amelyet inkább meg akarunk szabadulni, és így az olvasási keret helyreáll, a fehérje szintetizálódik.

"Ezt a technológiát hibaelhárítottuk. in vitro, – mondja Vadim Zhernovkov, azaz a Duchenne-myodistrofia betegek sejtjeiből termesztett sejtkultúrákon. De az egyes sejtek nem egy szervezet. A sejtprocesszorok behatolásakor élő hatásokat kell megfigyelnünk, de nem lehet különféle okokból bevonni az embereket a tesztelésbe, az etikától a szervezetiig. Ezért szükségessé vált a Duchenne-myodistrofia modelljének megszerzése bizonyos laboratóriumi állatokon alapuló mutációkkal. "

Hogyan vágjam ki a mikrovilágot

A transzgenikus egerek lehetővé teszik a súlyos emberi genetikai betegségek élő modelljének létrehozását. Az embereknek hálásnak kell lenniük ezeknek a kis teremtményeknek.

A transzgenikus állatok a laboratóriumban nyert állatok, amelyek genomjában szándékosan és szándékosan változtatásokat hajtottak végre. A múlt század 70-es éveiben világossá vált, hogy a transzgének létrehozása a legfontosabb módszer a gének és fehérjék funkcióinak tanulmányozására. A teljesen genetikailag módosított organizmus megszerzésének egyik legkorábbi módja a megtermékenyített tojások zigótáinak a pronukéjába (a sejtmag "prekurzorába") való bejuttatása. Ez logikus, hiszen az állatok genomjának legkönnyebb módosítása a fejlődésének kezdetén.

Az ékszerészek féltékenyek. A pronucleus zigóta DNS-befecskendezése az egyik legkorábbi és legáltalánosabb transzgenikus technológia. Az injekció manuálisan történik ultrahangos tűk használatával, mikroroszkóp alatt 400-szoros nagyítással

A zigóta magjába való befecskendezés nagyon nem vitás eljárás, mivel mikroszkópról beszélünk. Az egér tojássejt átmérője 100 μm, a pronukleusz pedig 20 μm. A művelet 400-szoros nagyítású mikroszkóppal történik, de az injekció a leginkább kézi munka.Természetesen az "injekció" nem egy hagyományos fecskendőt, hanem egy speciális üvegtűt tartalmaz, amelynek üreges csatornája van, ahol a génanyagot összegyűjtik. Az egyik végét a kezében lehet tartani, a másik pedig – ultra vékony és éles – gyakorlatilag láthatatlan a szabad szemmel. Természetesen a boroszilikát üveg ilyen törékeny szerkezete hosszú ideig nem tárolható, ezért a laboratórium rendelkezésére áll egy üres csomag, amelyet közvetlenül a munka előtt egy speciális gépen húznak ki. A sejtfestés nélküli, kontrasztos képalkotás rendszerét alkalmazzuk – a pronucleus beavatkozása traumás, és a sejtek túlélésének kockázati tényezője. A festék egy másik tényező lenne. Szerencsére a tojások meglehetősen tartósak, de a zigóták száma, amelyek transzgenikus állatokat eredményeznek, csak az összes tojásszámnak csak néhány százalékát teszik ki, amelyben a DNS-injekció elkészült.

A következő lépés műtéti. A mikroinjektált zigóták átültetése során a befogadó egér oviductus tölcsérébe történő átültetést végezzük, amely a jövőbeli transzgén helyettesítõ anya lesz.Ezután a laboratóriumi állat természetes módon átmegy a terhességi cikluson, és az utódok születnek. Általában az alomban a transzgenikus egerek mintegy 20% -a, ami azt is jelzi, hogy a módszer tökéletlensége, mert nagy véletlen elemet tartalmaz. Az injekció beadásával a kutató nem tudja ellenőrizni, hogy pontosan hogyan illeszthetők be a beillesztett DNS-fragmensek a jövőbeli szervezet genomjába. Az ilyen kombinációk nagy valószínűséggel vezetnek ahhoz, hogy az állat embrióvá váljon. Mindazonáltal a módszer működik és alkalmas számos tudományos célra.

DNS olló

De van egy sokkal hatékonyabb módszer a célzott genomszerkesztésen alapuló CRISPR / Cas9 technológiával. "Ma a molekuláris biológia kissé hasonlít a vitorlázó távoli tengeri expedíciók korszakára" – mondja Vadim Zhernovkov. "Majdnem minden évben jelentős felfedezések fordulnak elő ebben a tudományban, amelyek megváltoztathatják életünket, például néhány évvel ezelőtt a mikrobiológusok felfedezték , a vizsgált bakteriális faj immunis a vírusfertőzésekre, és további kutatások eredményeképpen kiderült, hogy a bakteriális DNS specifikus lókuszokat (CRISPR) tartalmaz,amelyből RNS fragmenseket állítanak elő, amelyek komplementer módon kötődhetnek az idegen elemek nukleinsavaihoz, például a vírusok DNS-jéhez vagy RNS-éhez. A Cas9 enzim nukleáz kötődik ehhez az RNS-hez. Az RNS Cas9 útmutatóként szolgál, amely tagolja a DNS specifikus régióját, amelyben a nukleáz lefejt. Három-öt évvel ezelőtt megjelentek az első tudományos közlemények, amelyekben a CRISPR / Cas9 technológiát fejlesztették ki a genom szerkesztésére. "

Fehérje-vágó. Az ábrán a CRISPR / Cas9 eljárás látható, amely magában foglalja a szubgenomikus RNS-t (sgRNS), az RNS-vezérlőként működő szakaszt, valamint a Cas9 fehérje-nukleázot, amely a jelzett RNS-útmutatóban mindkét genomi DNS-szálat átszakítja.

A véletlenszerű beillesztéshez használt konstrukció bevezetésének módjával összehasonlítva az új módszer lehetővé teszi a CRISPR / Cas9 rendszer elemeinek kiválasztását oly módon, hogy pontosan célozzák az RNS-útmutatókat a genom jobb részeihez, és elérjék a kívánt DNS-szekvencia célzott törlését vagy beillesztését. Hibák is lehetségesek ebben a módszernél (az RNS útmutató néha nem kapcsolódik az adott régióhoz), de a CRISPR / Cas9 használatával a transzgén létrehozásának hatékonysága már körülbelül 80%."Ez a módszer széles perspektívával rendelkezik, és nemcsak transzgének létrehozására, hanem más területeken is, különösen a génterápiában" – mondja Vadim Zhernovkov. "A technológia azonban csak az elején van, és elképzelhető, hogy a közeljövőben a gén korrigálására az emberek kódja meglehetősen nehéz lesz a CRISPR / Cas9 programmal, amíg fennáll a hiba lehetősége, fennáll annak a veszélye, hogy egy személy elveszítené a genom fontos kódoló részét. "

Tej gyógyászat

A transzgenikus technológiák kifejlesztése lehetővé teszi a gyógyszeripar által megkövetelt állati fehérjék előállítását. Ezeket a fehérjéket a transzgenikus kecskék és tehenek tejéből nyerik ki. Vannak olyan technológiák is, amelyek specifikus fehérjéket nyerhetnek a csirke tojásokból.

Az orosz cég, a Marlene Biotech sikeresen létrehozott egy transzgenikus egeret, amelyben a Duchenne-modyodrophiához vezető mutáció teljes mértékben reprodukálódott, és a következő lépés a génterápiás technológiák tesztelése lenne. A laboratóriumi állatokon alapuló emberi genetikai betegségek modelleinek létrehozása azonban nem a transzgének egyetlen lehetséges alkalmazása. Így Oroszországban és a nyugati laboratóriumokban a biotechnológia területén folyik a munka, amely lehetővé teszi a gyógyszeripar számára fontos állati eredetű gyógyászati ​​fehérjéket.Mint termelők, tehenek vagy kecskék is alkalmazhatók, ahol megváltoztatható a tejben lévő fehérjék előállítására szolgáló celluláris berendezés. A gyógyszer fehérje kivonható a tejből, amelyet nem kémiai úton nyernek, hanem természetes mechanizmussal, amely növeli a hatóanyag hatékonyságát. Jelenleg olyan technológiákat fejlesztettek ki, mint a humán laktoferrin, prourokináz, lizozim, atrin, antitrombin és mások előállítására.


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

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