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新しい遺伝子編集ツールはCRISPRに匹敵する可能性があり、一度に何百万もの編集を行います

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遺伝子編集の驚異としてのCRISPRの急上昇により、その低い起源を忘れがちです。それは、細菌性免疫システムの癖として最初に発見されました。

バクテリアにはもっと多くのものがあるようです。 今月は、有名な合成生物学者の博士が率いるチーム。 ジョージ教会 ハーバード大学で、細菌生物学の別の奇妙な部分を乗っ取った。 結果 は、理論的には、変更を追跡するための「バーコード」を使用して、数百万のDNA配列を同時に編集できる強力なツールです。 繊細なDNA鎖をXNUMX本も壊さずに。

今のところ、「Retron Library Recombineering(RLR)」と呼ばれるこれらの生物学的ツールは、細菌細胞でのみテストされています。 しかし、 CRISPRへの旅 遺伝子治療 ショーは、卑劣な生き物からの最も奇妙な発見でさえ、私たちの最もワイルドな遺伝子治療や合成生物学の夢を現実に変えるかもしれません。

「この作業は、他の遺伝子システムでRLRを使用するためのロードマップを確立するのに役立ちます。これにより、将来の遺伝子研究に多くの刺激的な可能性が開かれます。」 教会。

待ってください、なぜCRISPRが不十分なのですか?

レトロンは変です。 代わりにCRISPRから始めましょう。

あなたはすでにそれがどのように機能するかを知っているかもしれません。 RNAの種類とタンパク質のXNUMXつの要素があります。 「ブラッドハウンド」ガイドRNAは、Cas「シザー」タンパク質を特定の遺伝子につなぎます。 クラシックバージョンでは、Casは遺伝子を切り刻んでオフにします。 最近の進歩により、Casは特定の遺伝子文字を置き換えたり、複数の遺伝子を一度に切り取ったりすることができます。

チョップアンドリプレースバージョンの場合、遺伝子がそれ自体を修復するときに、テンプレートを探すことがよくあります。 CRISPRは、細胞が依存するテンプレート遺伝子を運ぶことができます。 このようにして、細胞はだまされて遺伝子コピー編集になります。つまり、欠陥のある遺伝子文を生物学的に文法的なものに置き換えます。

CRISPRの問題はDNAの切り刻みです。 携帯電話で文章を切り取ったことがあり、間違った部分を切り取ったことに気づき、今では意味をなさない別のメッセージを貼り付けて、送信を押します。これは、CRISPRで起こり得ることと似ています。 複数の遺伝子を編集する必要がある場合、ゲノムが損傷する危険性が高まります。 これは、遺伝子操作を使用して細胞に新しい能力を与えたり、まったく新しい生物を操作したりする合成生物学では大きな問題になります。

細胞は進化の時代から発達した頑固な生き物であるため、単一の遺伝子を変更するだけでは、たとえばバクテリアがバイオ燃料や医薬品を排出するのに十分なことはめったになく、多重化された遺伝子編集が必要になります。 ほとんどの細胞も急速に分裂するため、遺伝子をいじくり回すことが世代を超えて定着することが不可欠です。 CRISPRはしばしば両方に苦労します。 教会のチームは彼らが解決策を持っていると考えています。

Retronsに会う

新しいツールはRLRと呼ばれ、最初の「R」はレトロンを表します。 これらは広範であるが完全に神秘的な生き物であり、その「自然生物学は…ほとんど知られていない」とチームは書いた。CRISPRと同様であるが、細菌の免疫系に関与している可能性がある。

1984年に最初に発見されたレトロンは、特定の種類のDNAに変換できる一部の細菌細胞内のDNAの浮遊リボンであり、ssDNAと呼ばれるDNA塩基の単一鎖です(うん、それは奇妙です)。 しかし、それは遺伝子編集にとって素晴らしいニュースです。なぜなら、私たちの細胞の二本鎖DNA配列は、分裂すると印象的な一本鎖になるからです。 レトロンのおとり商法に最適なタイミング。

通常、私たちのDNAは、染色体と呼ばれる23の束にしっかりと包まれた二重らせんに存在します。 各染色体束はXNUMXつのコピーで提供され、細胞が分裂すると、コピーが分離して複製されます。 この間、XNUMXつのコピーは組換えと呼ばれるプロセスで遺伝子を交換することがあります。 これは、レトロンが忍び込み、代わりにssDNA子孫を分裂細胞に挿入できるときです。 彼らが新しいトリックを運び、例えば、バクテリア細胞が薬物に対して耐性を持つようになり、そして彼ら自身を首尾よく挿入するならば、細胞の子孫はその特性を継承するでしょう。

細胞の自然な機構により、レトロンはゲノムを切断せずにゲノムに浸透することができます。 そして、彼らは同時に何百万もの分裂細胞でそれを行うことができます。

「レトロンは、外部から細胞に押し込もうとするのではなく、編集したい細胞内でssDNAを生成する能力を与え、両方とも非常に魅力的な品質であるネイティブDNAを損傷することはないと考えました」と研究は述べています。著者ダニエルグッドマン博士。

RTRの作成

CRISPRと同様に、RTRには複数のコンポーネントがあります。突然変異(餌)を含む遺伝子スニペットと、レトロンをssDNAに変換して挿入させるXNUMXつのタンパク質RTとSSAP(逆転写酵素と一本鎖アニーリングタンパク質)です。分裂細胞に。

まだ私と一緒に?

ゲーム・オブ・スローンズのように、たくさんのプレイヤーがいます。 明確にするために、レトロンは挿入したい遺伝暗号を持っています。 RTはそれをssDNAと呼ばれるより互換性のある形式にします。 そしてSSAPはそれが分裂するときにそれをDNAに貼り付けます。 基本的に、トロイの木馬は細胞に侵入し、酵素の魔術師の助けを借りて、細胞に自分自身を挿入するスパイを注ぎ出し、そのDNAを変化させます。

0.1つのタンパク質はパーティーにとって新しいものです。 以前、科学者は遺伝子編集にレトロンを使用しようとしましたが、効率は非常に低く、感染したすべての細菌細胞の約XNUMXパーセントでした。 XNUMX人の新参者は、DNAの変化を修正するバクテリアの自然な「警報システム」を静め、新しいDNAビットを無視し、編集を入力して次世代に引き継ぐことを可能にします。 もうXNUMXつのトリックは、通常ssDNAを破壊するタンパク質をコードするXNUMXつの遺伝子を中和することでした。

あるテストでは、チームは細菌細胞の90%以上が新しいレトロン配列をDNAに容易に認めることを発見しました。 彼らは次に大きくなりました。 CRISPRと比較して、レトロンはそのシーケンスがバーコードとして機能できるという点で有利です。 つまり、一度に複数の遺伝子編集実験を実行し、バーコードをシーケンスすることで、どのセルがどのレトロンで編集されたかを把握することができます。

概念実証テストでは、チームは抗生物質耐性の配列を含むレトロンでいくつかの細菌細胞を爆破しました。 彼らは、抗生物質で処理されたバクテリアのプールからレトロンDNA文字だけを配列決定することにより、レトロンを含む細胞が他の細胞よりもはるかに高い部分に残っていることを発見しました。

別のテストでは、チームは一度に使用できるレトロンの数を決定しようとしました。 彼らは、抗菌剤に耐性のある別の菌株を取り、そのゲノムを切り刻んで、数千万のレトロンのライブラリーを構築しました。 次に、これらのチャンクをプラスミドと呼ばれるDNAのフラフープに貼り付け、バクテリア細胞に浮遊させました。 以前と同様に、チームは、生き残ったもののバーコードをシーケンスすることにより、抗菌力を付与したレトロンを簡単に見つけることができました。

しかし、なぜ?

それが方法です。 しかし、その理由は何ですか?

目標は簡単です。細胞に損傷を与えることなく、一度に数百万の細胞に影響を与えることができるCRISPRの別のソリューションを見つけることです。 言い換えれば、遺伝子編集を何世代にもわたってビッグデータの時代に取り入れることです。

CRISPRと比較して、新しいRLRツールは、「編集」ツールに加えて「ガイド」ツールを必要としないため、よりシンプルです。レトロンは基本的にツーインワンです。 複数の遺伝子に物理的に割り込むことなく一度に影響を与えることができるため、合成生物学にとっても興味深いツールになります。 ツールはまた、持続力を持っています。 「XNUMXつで完了した」CRISPRの精神の代わりに、細胞が分裂するにつれて何世代にもわたって持続します。

そうは言っても、RTRには競争があります。 分裂している細胞で最もよく機能するため、分裂を拒否する気が進まない細胞(ニューロンなど)ではそれほど強力ではない可能性があります。 もうXNUMXつは、CRISPRへの最近のアップグレードには 遺伝子のオン/オフも可能にしましたエピジェネティクスを通じて—それらをカットせずに—。

しかし、RLRは規模を提供します。 「RLRを使用してプールされたバーコード付き変異ライブラリーを分析できるため、何百万もの実験を同時に実行できるため、ゲノム全体の変異の影響や、それらの変異が互いにどのように相互作用するかを観察できます」とチャーチ氏は述べています。

画像のクレジット: ピート・リンフォース   Pixabay

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ソース:https://singularityhub.com/2021/05/11/a-new-gene-editing-tool-rivals-crispr-and-can-make-millions-of-edits-at-once/

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