CRISPR-Cas система: современный вопрос состояния и медицины
Исследование CRISPR-Cas системы как механизма адаптивного иммунитета. Изучение механизмов мутаций и формирования иммунитета на самом первичном уровне. Регуляция экспрессии генов бактерии. Анализ ключевых этапов работы CRISPR-опосредованного иммунитета.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.02.2019 |
| Размер файла | 41,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
CRISPR-Cas система: современный вопрос состояния и медицины
Неретина Е.А, Дэр А.В, Крайникова Д.А. Оренбургский Государственный Медицинский Университет Оренбург, Россия
Введение целенаправленных изменений геномной последовательности в живые клетки и организмы стало мощным инструментом для биологических исследований и потенциальным средством терапии генетических заболеваний [1].
Методы современной молекулярной биологии и генной инженерии открыли новые возможности изучения механизмов мутаций и формирования иммунитета на самом первичном уровне.
Результатом таких исследований является открытие особых локусов CRISPR (англ. Clustered regular lyinter spaced short palindromicrepeats), состоящих из прямых повторяющихся последовательностей, разделенных уникальными последовательностями, называющимися спейсерами, заимствованными из чужеродных генов элементов, с которыми сталкивалась клетка в течение жизни. Если локусы CRISPR ассоциируются с особыми белками Cas, которые могут существовать только при наличии этих локусов, то образуется система CRISPR-Cas, обеспечивающая адаптивный иммунитет у клетки [2].
Впервые локусы CRISPR были открыты в 1987 группой японских ученых под руководством Ёсидзуми Исино, но подробно изучены были лишь начиная с 1993 испанским исследователем Франсиско Мохикой, открывшим и гены Cas и, в последствии, опубликовавшим в 2005 результаты своего масштабного исследования [3]. Эти публикации и положили начало повышенного интереса к изучению данных систем в мировой науке.
Системы CRISPR-Cas различаются как структурно, так и функционально. Тем не менее, всем системам CRISPR-Cas присущ ряд общих черт (Рис. 1)
Рис. 1 Упрощенная схема системы CRISPR-Cas
Кроме структурного сходства, различные системы CRISPR-Cas объединяют три ключевых этапа работы CRISPR-опосредованного иммунитета: приобретение (англ.acquisition), или адаптация (англ.adaptation),экспрессия (англ.expression) и интерференция (англ.interference).
Все 93 гена Cas сгруппированы в 35 семейств на основе подобия последовательности кодирующих белков. 11 из этих 35 семейств формируют ядро Cas, включающее семейства белков, начиная от Cas1 до Cas9. Полный CRISPR-Cas локус имеет, по крайней мере, один ген, принадлежащий ядру Cas.
Системы CRISPR-Cas подразделяются на два класса. Системы класса 1 используют мультибелковый эффекторный комплекс Cas для подавления чужеродных нуклеиновых кислот. Системы класса 2 используют один эффекторный белок Cas, предназначенный для той же цели. Класс 1 разделен на типы I, III, и IV, класс 2 разделен на типы II, V, и VI. 6 системных типов, в свою очередь, разделены на 19 подтипов. Каждый тип и большинство подтипов характеризуются «сигнатурным геном», найденным почти в каждом из них. Классификация также основана на дополнении присутствующих генов Cas. Большинство CRISPR-Cas систем содержит белок Cas1. Филогенез белков Cas1, в целом, согласуется с классификационной системой. Многие организмы содержат множественные системы CRISPR-Cas, иходя из предположения, что они совместимы и могут обмениваться компонентами. Спорадическое распределение подтипов CRISPR-Cas предполагает, что система CRISPR-Cas подвергается горизонтальному переносу генов вовремя эволюции у микроорганизмов [4]. Наиболее интересной, с точки зрения практического применения, является система CRISPR-Cas9, поскольку белок Cas9, одинаков для всех локусов-мишеней, а специфичность действия определяется не белком, а crРНК. Данная система используется для редактирования генома, позволяющего сформировать иммунитет к некоторым трудно или неизлечимым заболеваниям как малярия или грипп. В дополнение система CRISPR-Cas9 перспективна в лечении врожденной мышечной дистрофии, поскольку данное генетическое заболевание затрагивает один единственный ген, что делает его идеальной мишенью для применения данной технологии.
В ноябре 2018 года китайскими учеными было объявлено о появлении девочек-близнецов с отредактированным геномом с помощью системы CRISPR-Cas9, которые полностью иммунны к вирусу ВИЧ. До этого, уже существовали успешно предпринятые попытки уничтожения вредоносного участка в геноме и стояла проблема в определении его точной локализации.
Успех китайских ученых открывает двери к генетическому совершенствованию человека, формированию полного иммунитета к болезням и замедлению старения организма [5].
В заключение можно отметить, что открытие системы CRISPR-Cas это лишь один из множества еще неизвестных науке ключей к открытию всех тайн, скрытых в генетическом коде.
опосредованный иммунитет бактерия мутация
Литература
1. Sander, J. D., &Joung, J. K. (2014). CRISPR-Cas systems for editing, regulating and targeting genomes. Nature Biotechnology, 32(4), 347-355.doi:10.1038/nbt.2842
2. CRISPR-системы: иммунизация прокариот // Биомолекула. URL: https://biomolecula.ru/articles/crispr-sistemy-immunizatsiia-prokariot(дата обращения: 20.01.2019)
3. Lander E.S. The Heroes of CRISPR// Cell. 2016. Vol.164, no. 1-2. P.1828. DOI:10.1016/j.cell.2015.12.041. PMID 26771483
4. Sontheimer E. J., Barrangou R.The Bacterial Origins of the CRISPR Genome-Editing Revolution // Human Gene Therapy. 2015. Vol. 26, № 7.P.413-424. DOI:10.1089/hum.2015.091. PMID 26078042
5. Antonio Regalado.Engineering the Perfect Baby.// MIT Technology Review(5 March 2015)
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Обзор механизмов лимфоидного аппарата адаптивного иммунитета. Система образования кининов. Рецепторы клеток врожденной иммунной системы. Характеристика сигналов и их реализации. Особенности взаимодействия плазменных белков, их участие в иммунных реакциях.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 02.03.2013Формы, механизмы, органы, регуляция иммунитета. Субпопуляции Т-лимфоцитов, их функции. История открытия регуляторных Т-клеток. Эффективность микробиологической диагностики. Иммунная регуляторная система. Будущее трансплантологии, технические трудности.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 11.05.2016Исследование иммунной системы человека. Изучение особенностей формирования неспецифического иммунитета. Анализ естественной, врожденной и приобретенной форм иммунитета. Описания функций клеток памяти и эффекторов, системы комплемента, структуры антигена.
презентация [4,0 M], добавлен 13.12.2012Понятие и виды иммунитета, назначение иммунной системы. Факторы и признаки ослабления иммунитета, методы его повышения. Механизм действия иммунитета: макрофаги, Т-хэлперы, В-лимфоциты, выработка иммуноглобулинов (антител), Т-супрессоры, клетки-киллеры.
реферат [15,0 K], добавлен 09.02.2009Иммунитет – способ защиты организма от болезнетворных микроорганизмов за счет выработки антител. Обзор схемы клеточного и гуморального иммунитета. Нарушения фагоцитарной системы. Методы оценки иммунитета. Реакция иммунного гемолиза и цитотоксический тест.
презентация [1,1 M], добавлен 11.11.2014Система иммунитета организма и ее функции. Виды клеток иммунной системы (лимфоциты, фагоциты, гранулярные лейкоциты, тучные клетки, некоторые эпителиальные и ретикулярные клетки). Селезенка как фильтр крови. Клетки-убийцы как мощное оружие иммунитета.
презентация [4,1 M], добавлен 13.12.2015Механизмы регуляции экспрессии генов у прокариот и эукариот. Регуляция содержания РНК в процессе биосинтеза. Согласованная регуляция экспрессии прокариотических родственных генов. Репрессия триптофанового оперона. Суммарный эффект аттенуации и репрессии.
лекция [24,2 K], добавлен 21.07.2009Дифференциальная экспрессия генов и ее значение в жизнедеятельности организмов. Особенности регуляции активности генов у эукариот и их характеристики. Индуцибельные и репрессибельные опероны. Уровни и механизмы регуляции экспрессии генов у прокариот.
лекция [2,8 M], добавлен 31.10.2016Исследование роли микроорганизмов в процессах аммонификации, нитрофикации, денитрификации. Виды иммунитета - реакции организма, направленной на его защиту от внедрения чужеродного материала. Разложение пектиновых веществ. Анаэробное брожение клетчатки.
контрольная работа [29,4 K], добавлен 19.05.2012Регуляция экспрессии у генетически модифицированных растений. Исследование функционирования промоторов бактериального и вирусного происхождения в трансгенных растениях. Регуляторные последовательности, используемые в генетической инженерии растений.
курсовая работа [39,4 K], добавлен 03.11.2016Транскрипция и основные ферменты, которые осуществляют транскрипцию, ДНК-зависимые РНК-полимеразы. Структурные и функциональные домены больших субъединиц эукариотической РНК-полимеразы. Регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции у прокариот.
реферат [373,5 K], добавлен 29.09.2009Регуляция на уровне транскрипции у прокариот. Этапы процессинга РНК у эукариот. Энхансеры, сайленсеры, инсуляторы. РНК-интерференция. Упаковка генетического материала. Роль эпигенетических модификаций. Гистоновый код, его структура и принципы построения.
презентация [1,7 M], добавлен 14.04.2014Жизненный и творческий путь Ильи Ильича Мечникова – выдающегося русского ученого-биолога. Вклад Мечникова в развитие иммунологии. Фагоцитарная теория иммунитета. Развитие идей И.И. Мечникова в России и за рубежом, их практическое воплощение в жизнь.
реферат [59,1 K], добавлен 25.05.2017Пути и механизмы регуляции иммунитета с помощью нейромедиаторов, нейропептидов и гормонов. Парасимпатический отдел вегетативной нервной системы и регуляция иммунного ответа. Механизмы регуляции иммунного ответа соматотропином и опиоидными пептидами.
презентация [243,2 K], добавлен 02.12.2016Изучение регуляции экспрессии генов как одна из актуальных проблем современной генетики. Строение генома Drosophila melanogaster. Характеристика перекрывающихся генов leg-arista-wing complex и TBP-related factor 2. Подбор рациональной системы экспрессии.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 02.02.2018Описания способности организма защищать собственную целостность и биологическую индивидуальность. Исследование особенностей центральной и периферической иммунной системы. Характеристика естественного и искусственного иммунитета. Типы иммунных ответов.
презентация [1,1 M], добавлен 18.12.2014Единственный витамин, действующий и как витамин, и как гормон. Влияние на клетки кишечника, почек и мышц. Гормональная регуляция обмена кальция и фосфора. Онкозаболевания, повышение иммунитета организма. Витамин Д и костно-мышечная система человека.
презентация [1,1 M], добавлен 22.09.2015Основные положения и этапы процесса экспрессии генов. Перенос информации о нуклеотидной последовательности ДНК на уровень РНК. Процессинг РНК у прокариот. Генетический код, его назначение и порядок формирования. Общие особенности процесса трансляции.
курсовая работа [54,6 K], добавлен 27.07.2009Исследование комплекса приспособлений, который защищает поверхности, соприкасающиеся с внешней средой, от чужеродных биологических агентов. Характеристика механизмов местного иммунитета. Обзор схемы местных защитных приспособлений дыхательной системы.
презентация [987,7 K], добавлен 10.02.2015Изучение экспрессии генов и поиск мутаций в биомедицинских исследованиях. Электронные микросхемы, предназначенные для одновременного выявления множества определенных последовательностей ДНК. История изобретения, классификация и технология ДНК-микрочипов.
презентация [3,1 M], добавлен 27.01.2015
