Gyvūnai, kurie duoda viltį

Gyvūnai, kurie duoda viltį

Olegas Макаров
"Populiariausi mechanika" № 4, 2016

Viena blogiausių ligų, kurią gamta suteikia žmonėms, yra genetinė. Galite sėkmingai kovoti su ligų sukėlėjais – bakterijomis ir virusais, tačiau jei problema yra žmogaus genomo nuo gimimo, tai labai sunku padėti pacientui. Šiuolaikinis mokslas atkakliai siekia "taisyti" mutavusius genus.

Duchenne myodystrophy yra viena iš retų, bet vis dar gana paplitusių genetinių ligų. Liga diagnozuojama nuo trijų iki penkių metų, dažniausiai berniukams, kurie iš pradžių pasireiškia tik kliudytais judesiais, dešimčiai metų, kenčiančių nuo tokios mitodrozijos, daugiau nebegalima vaikščioti, 20-22 metų laikotarpiu jo gyvenimas baigiasi. Tai sukelia Dystrofino geno, kuris yra ant X chromosomos, mutacija. Ji koduoja baltymą, kuris jungia raumens ląstelių membraną su sutrumpintais pluoštais. Funkcionaliai tai yra pavasario rūšis, užtikrinanti sklandų ląstelių membranos mažėjimą ir vientisumą. Genų mutacijos sukelia skeleto raumenų audinio, diafragmos ir širdies distrofiją. Ligos gydymas yra paliatyvus ir leidžia tikatleisti kai kurias kančias. Tačiau dėl genetinės inžinerijos plėtros tunelio pabaigoje pasirodė šviesa.

Apie karą ir taiką

Genų terapija yra nukleino rūgščių pagrindu pagamintų konstrukcijų pristatymas į genetinių ligų gydymo ląsteles. Naudodami šią terapiją, galite ištaisyti genetinę problemą DNR ir RNR lygyje, pakeisdami pageidaujamo baltymo ekspresiją. Pvz., DNR gali būti pristatyta į ląstelę su pataisyta seka, su kuria sintetinamas funkcinis baltymas. Arba, atvirkščiai, galimi tam tikrų genetinių sekų pašalinimai, kurie taip pat padės sumažinti žalingą mutacijos poveikį. Teoriškai tai yra paprastas, tačiau praktikoje genas terapija pagrįsta sudėtingiausiomis technologijomis dirbant su mikrografo objektais ir yra pažangios praktinės patirties derinys molekulinės biologijos srityje.

"Dystrofino genas, kurio mutacijos gamina Duchenne miodistrofiją, yra didžiulis", – teigia biotechnologijų kompanijos "Marlin Biotech" biologijos mokslų daktaras Vadimas Zhernovkovas. romane "Karas ir taika".Ir įsivaizduokime, kad išvedėme keletą svarbių puslapių iš epinės. Jei šiuose puslapiuose aprašyti reikšmingi įvykiai, knygos supratimas jau bus sunkus. Bet genas yra sudėtingesnis. Kita karo ir taikos kopija yra lengva rasti, o tada trūkstamus puslapius galima perskaityti. Tačiau distrofino genas yra X chromosomos, o vyrams – vienas. Taigi, berniukų lyties chromosomose gimimo metu saugoma tik viena geno kopija. Čia nieko nebereikia.

Galiausiai, kai sintezuojant baltymą iš RNR, svarbu išsaugoti skaitymo rėmą. Skaitymo rėmas nustato, kuri grupė iš trijų nukleotidų skaitoma kaip kodonas, kuris atitinka vieną baltymo aminorūgštį. Jei yra DNR fragmento geno, kuris nėra trijų nukleotidų kartotinis, išbraukimas, pasikeičia skaitymo rėmo pasikeitimas – kodavimas pasikeičia. Tai galima palyginti su situacija, kai po ištrauktų puslapių visoje likusioje knygoje visos raidės bus pakeistos abėcėline tvarka. Gauk švelnumo. Tai tas pats dalykas, kai netinkamai sintetinamas baltymas. "

Biomolekulinis tinkas

Vienas iš efektyvių genų terapijos metodų normalaus baltymų sintezei atkurti yra praleidžiant eksonus, naudojant trumpus nukleotidų sekas."Marlin Biotech" šiuo metodu jau buvo sukurta technologija, dirbanti su distrofinu. Kaip žinoma, transkripcijos procese (RNR sintezė) pirmiausia susidaro vadinamoji prematrikso RNR, apimanti tiek baltymų koduojančius regionus (egzonus), tiek nekokuojančius (intronai). Be to, prasideda jungimosi procesas, per kurį vidiniai ir egzonai yra atskirti ir suformuota "brandi" RNR, kurią sudaro tik egzonai. Šiuo metu kai kuriuos egonus galima užblokuoti, "uždengti" su specialių molekulių pagalba. Todėl subrendusiose RNRe nebus tų kodavimo regionų, kuriuose mes norėtume atsikratyti, taigi, atkuriamas skaitymo rėmelis, baltymai bus sintezuojami.

"Mes pritaikėme šią technologiją. in vitro, – sako Vadimas Zhernovkovas, – tai yra ląstelių kultūrose, išaugintų iš pacientų ląstelių su Duchenne myodystrophy. Tačiau atskiros ląstelės nėra organizmas. Kai invazuojame ląstelių procesus, mes privalome stebėti, kaip šie padariniai yra gyvi, tačiau neįmanoma įtraukti žmonių į testavimą dėl įvairių priežasčių, nuo etinių iki organizacinių. Todėl atsirado būtinybė gauti Duchenne myodystrophy modelį su tam tikromis mutacijomis, pagrįstomis laboratoriniais gyvūnais. "

Kaip sugadinti microworld

Transgeninės pelės leidžia kurti gyvus sunkių žmogaus genetinių ligų modelius. Žmonės turėtų būti dėkingi šiems mažiems tvariniams.

Transgeniniai gyvūnai yra gyvūnai, gauti laboratorijoje, kurio genomo kryptingai, sąmoningai pakeičiami. Dar praėjusio amžiaus 70-aisiais tapo aišku, kad transgenų kūrimas yra svarbiausias genų ir baltymų funkcijų tyrimo metodas. Vienas iš ankstyviausių visiškai genetiškai modifikuoto organizmo gavimo būdų buvo DNR injekcija į apvaisintų kiaušinių zigotų prunuklelius ("branduolio pirmtaką"). Tai logiška, nes lengviausia pakeisti gyvulio genomą pačioje jo vystymosi pradžioje.

Juvelyrai yra pavydūs. DNR įpurškimas į pronucleus zygotą yra viena iš seniausių ir tradicinių transgeninių technologijų. Injekcija atliekama rankiniu būdu naudojant ultragarsines adatas po 400 kartų padidintu mikroskopu

Injekcija į zigoto šerdį yra labai netiesioginė procedūra, nes mes kalbame apie mikroscales. Mielių kiaušinių ląstelių skersmuo yra 100 μm, o pronuklė yra 20 μm. Operacija vyksta po 400 kartų padidintu mikroskopu, tačiau injekcija yra labiausiai rankinis darbas.Žinoma, "injekcijoms" naudojamas ne tradicinis švirkštas, bet speciali stiklo adata su viduje tuščiaviduriu kanalu, kur kaupiama genų medžiaga. Vienas galas gali būti laikomas rankoje, o kitas – itin plonas ir aštrus – praktiškai nematomas plika akimi. Žinoma, tokios trapios borosilikatinio stiklo konstrukcijos negalima ilgą laiką laikyti, todėl laboratorijoje gali būti ruošinių rinkiniai, kurie prieš pat darbą atliekami specialioje mašinoje. Naudojama speciali ląstelių kontrasto vaizdavimo sistema be dažymo – trukdymas pačiam pronueliui yra trauminis ir yra ląstelių išgyvenimo rizikos veiksnys. Dažas būtų dar vienas toks veiksnys. Laimei, kiaušiniai yra gana tvirti, tačiau transgeninių gyvūnų atsiradusių zigotų skaičius sudaro tik keletą procentų viso kiaušinių, kuriuose yra DNR injekcijos, skaičiaus.

Kitas etapas yra chirurginis. Operacija atliekama mikroinjekuotų zigotų transplantacijai į recipiento pelės ovidukto piltuvą, kuris taps būsimos transgeno pavadinimu subroga mase.Tada laboratorinė gyvūnų rūšis natūraliai praeina per nėštumo ciklą, gimsta palikuonys. Paprastai šiukšliadėžėje yra apie 20% transgeninių pelių, o tai taip pat rodo metodo netobulumą, nes jame yra didelis atsitiktinumo elementas. Su injekcija tyrėjas negali kontroliuoti, kaip tiksliai įterptos DNR fragmentai integruosis į būsimo organizmo genomą. Yra didelė tokių kombinacijų tikimybė, dėl kurios gyvūno mirtis embrioninėje stadijoje. Nepaisant to, metodas veikia ir yra tinkamas daugeliui mokslo tikslų.

DNR žirklės

Tačiau yra veiksmingesnis būdas, pagrįstas tiksliniu genomo redagavimu, naudojant CRISPR / Cas9 technologiją. "Šiandien molekulinė biologija yra šiek tiek panaši į tolimųjų jūrų ekspedicijų erą po burėmis", – sako Vadimas Žernovkovas. , tyrinėjamos bakterijų rūšys yra imunitetas nuo virusinių infekcijų. Tolesniuose tyrimuose paaiškėjo, kad bakterijų DNR yra specifinių lokių (CRISPR),iš kurių sintezuojami RNR fragmentai, kurie gali papildomai susieti su svetimkūnių nukleino rūgštimis, pavyzdžiui, virusais DNR ar RNR. Cas9, fermento nukleazė, jungiasi prie šios RNR. RNR tarnauja kaip "Cas9" vadovas, kuris žymi konkretų DNR regioną, kuriame nukleazė daro pjūvį. Maždaug prieš trejus iki penkerius metus pasirodė pirmieji moksliniai straipsniai, kuriuose buvo sukurta CRISPR / Cas9 technologija genomo redagavimui. "

Baltymų kateris. Diagrama rodo CRISPR / Cas9 procesą, kuris apima subgenominę RNR (sgRNR), jo sekciją, veikiančią kaip RNR gidą, taip pat Cas9 baltymo nukleazę, kuri per nurodytą RNR gidą perima abiejų genomo DNR grandines.

Palyginti su atsitiktinio įterpimo metodo įdiegimo metodu, naujas metodas leidžia jums pasirinkti CRISPR / Cas9 sistemos elementus taip, kad tiksliai nukreiptų RNR vadovus į dešinę genomo dalį ir pasiekti tikslią norimą DNR sekos ištrynimą arba įterpimą. Šis metodas taip pat gali sukelti klaidų (RNR vadovas kartais nėra prijungtas prie regiono, kuriuo jis yra skirtas), tačiau naudojant CRISPR / Cas9 transgenų kūrimo efektyvumas jau yra apie 80%."Šis metodas turi plačias perspektyvas, o ne tik transgenų kūrimui, bet ir kitose srityse, ypač genų terapijoje", – sako Vadimas Zhernovkovas. "Tačiau technologija yra tik pradžioje ir įsivaizduokite, kad netolimoje ateityje ištaisyti Žmonių kodas CRISPR / Cas9 bus gana sunkus. Kol yra galimos klaidos, kyla pavojus, kad asmuo praranda dalį svarbios koduojančios genomo dalies ".

Pieno vaistas

Transgeninių technologijų plėtra leidžia gaminti farmacijos pramonėje reikalaujamus gyvūninės kilmės baltymus. Šie baltymai ekstrahuojami iš transgeninių ožkų ir karvių pieno. Taip pat yra technologijų, skirtų konkretiems baltymams gauti iš vištienos kiaušinių.

Rusijos kompanija "Marlene Biotech" sugebėjo sukurti transgeninę pelę, kurioje visiškai atkurta mutacija, vedanti į Duchenne miodistrofiją, o kitas žingsnis – genų terapijos technologijų testavimas. Tuo pačiu metu žmogaus genetinių ligų modelių, pagrįstų laboratoriniais gyvūnais, sukūrimas nėra vienintelis įmanomas transgenų vartojimas. Taigi, Rusijoje ir Vakarų laboratorijose vyksta darbas biotechnologijų srityje, leidžiantis gauti farmacinei pramonei svarbius vaistinius gyvūninius baltymus.Kadangi gamintojai gali naudoti karves arba ožkas, kuriose gali būti pakeistas mobilusis pieno gamybos baltymų gamybos įrenginys. Vaistinius baltymus galima išgauti iš pieno, kuris gaunamas ne cheminėmis priemonėmis, o naudojant natūralų mechanizmą, kuris padidins vaisto veiksmingumą. Šiuo metu buvo sukurtos technologijos tokiems vaistiniams baltymams gaminti kaip žmogaus laktoferinas, prourokinazė, lizocimas, atrinas, antitrombinas ir kt.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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