Anti-CRISPR technologijos, kaip apsauga nuo genetinių ginklų
Autorius: Algimantas Lebionka Šaltinis: http://lebionka.blogspot.com/2... 2024-09-16 21:16:00, skaitė 291, komentavo 0
Rugsėjo 5 d. svarbiausiame pasaulio mokslo žurnale "Nature" buvo paskelbtas patentas „Anti-CRISPR Anopheles mosquitoes inhibit gene drive spread under challenging behavioral conditions in large cages“ (Anti-CRISPR Anopheles uodai slopina genų sklaidą sudėtingomis elgesio sąlygomis dideliuose narvuose) kurį sukūrė Londono imperatoriškojo koledžo (Jungtinė Karalystė) mokslininkai ir Italijos biotechnologijų bendrovė, finansuojama DARPA. Šiame patente aprašomos vadinamosios anti-CRISPR technologijos, skirtos kontroliuoti CRISPR genetines priemones, kurios naudojamos modifikuojant vabzdžių, pavyzdžiui, maliarinių uodų, populiacijas.
Galimybė keisti DNR fragmentus visada buvo biotechnologijų, įskaitant karines technologijas, šventasis gralis. CRISPR technologija leidžia tai daryti neregėtu greičiu ir efektyvumu. Ne veltui už šio metodo atradimą 2020 m. buvo paskirta Nobelio chemijos premija (A.L. pastaba. Prie šių darbų ženkliai prisidėjo Lietuvos mokslininkai, vadovaujami prof.Virginijaus Šikšnio, kuris, mano nuomone, nepelnytai nepateko į Nobelio premijos laureatų gretas).
CRISPR trumpinys atsirado praėjusio amžiaus aštuntojo dešimtmečio pabaigoje atliekant druskingų pelkių tyrimus netoli Ispanijos Alikantės miesto. Doktorantas Francisco Mojica tyrinėjo sūriame vandenyje gyvenančias archebakterijas ir jų genome aptiko keistas palindromines sekas.
Maždaug 30 nukleotidų ilgio fragmentai daug kartų kartojosi ir buvo atskirti vienas nuo kito unikaliomis maždaug tokio paties ilgio DNR atkarpomis.
Iš pradžių šios struktūros buvo pavadintos SRSR (Short Regularly Spaced Repeats), o vėliau pervadintos CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats).
Tęsdamas tą pačią kryptį, Mojica panašių pasikartojimų rado ir daugelyje kitų bakterijų. Ir šis modelis patraukė dėmesį.
CRISPR fragmentų randama bakteriofagų - virusų, kurie užkrečia ir naikina bakterijas - DNR. Pasirodo, bakterijos savyje saugo savo pikčiausių priešų DNR fragmentus.
Netrukus paaiškėjo, kad CRISPR yra bakterijų imuninė atmintis, sauganti informaciją apie virusus, kuriais jos sirgo, bet kurių nenužudė.
Bakterijos ląstelė, kuri buvo užkrėsta bakteriofagu ir nemirė, susmulkina savo genomą į mažas „vermišeles“, įterpia jį į CRISPR masyvus ir perduoda šią informaciją savo palikuonims, kurie tampa atsparūs bakteriofagui.
CRISPR matricos iš tikrųjų yra bakterijos imuninė sistema. Bakteriofago DNR dalys saugomos bakterijų DNR kaip CRISPR matricos. Vėliau jos paverčiamos RNR. Toje pačioje bakterijų genomo dalyje užkoduota vadinamoji tracr-RNA (tracrRNA). Kartu jos sudaro guideRNA, arba vedančiąją RNR, kuri vėliau susijungia su Cas9 baltymu.
Cas9 yra nukleazė - fermentas, galintis nukirpti DNR. Šis fermentas, naudodamasis guideRNA, nusitaiko į bakteriofago DNR segmentą, prisitvirtina prie jo ir kaip žirklės jį nukerpa, taip sutrikdydamas viruso dauginimąsi.
2012 m. Emmanuelle Charpentier (Prancūzija) ir Jennifer Doudna (JAV) žurnale „Science“ paskelbė straipsnį, kuriame pasiūlė genomo redagavimo metodą naudojant CRISPR technologiją. Už šį darbą 2020 m. joms paskirta Nobelio chemijos premija.
Pjaustymas yra pagrindinis DNR redagavimo etapas. O CRISPR reiškia genetines žirkles arba genetinį variklį (angl. Gene drive).
Genomo redagavimo technologijų būta ir anksčiau. Tačiau joms reikėjo mėnesių mėnesius trunkančio sunkaus darbo. Kiekvienas naujas redaguotas genomas kainavo kelis tūkstančius eurų. O CRISPR reagentai kainuoja 10-20 eurų - šimtus kartų mažiau. Tapo įmanoma DNR redagavimo eksperimentus atlikti daug greičiau ir didžiuliu mastu.
Atkreipkite dėmesį, kad CRISPR leidžia atlikti mutacijas nepaliekant pėdsakų, nes įvesta RNR ir baltymai ląstelėje suyra. Iš jų nieko nelieka, išlieka tik pati mutacija.
Neseniai paskelbtas prieš CRISP nukreiptas patentas turi gilesnę prasmę, apie kurią DARPA tyli. Anti-CRISPR gali tapti pagrindine biologinių ir genetinių eksperimentų valdymo pasauliniu mastu priemone. CRISP genetiniai varikliai gali sparčiai plisti ir pakeisti ištisas ekosistemas. Jei tokios technologijos patektų į kariuomenės rankas, jos galėtų būti panaudotos žemės ūkio ar gamtinėms sistemoms atakuoti ir sukelti katastrofiškų padarinių.
2018 m. Didžiosios Britanijos laikraštyje „The Independent“ buvo išspausdintas Steve'o Connoro straipsnis „Gene drive: Scientists sound alarm over supercharged GM organisms that could spread into wild and cause environmental disasters“ (liet.Genų pavara: Mokslininkai kelia nerimą dėl genetiškai modifikuotų organizmų, kurie gali išplisti laukinėje gamtoje ir sukelti ekologines katastrofas).
Straipsnio autorius rašo, kad „genetinio variklio“ technologijos kūrimas lemia revoliuciją medicinoje ir žemės ūkyje, nes teoriškai ji galėtų „sustabdyti uodus, kad jie neplatintų tokių ligų, kaip maliarija ir geltonoji karštligė, taip pat išnaikinti kenkėjus ir invazines rūšis, tokias kaip žiurkės ir nendrinės rupūžės“.
„Tačiau mokslininkai, kurie yra pažangiausi kūrėjai, mano, kad netinkamose rankose atsitiktinai ar sąmoningai paleista iš laboratorijos be tinkamų saugos priemonių genų kūrimo technologija kelia rimtą grėsmę aplinkai ir žmonių sveikatai. Kai kurie mano, kad ji netgi galėtų būti panaudota kaip teroristinis biologinis ginklas, nukreiptas prieš žmones ar gyvulius, nes genų pavaros, leidžiančios genų varomiesiems genams greitai plisti populiacijoje kaip virusinei infekcijai, ilgainiui būtų lengvai ir pigiai pagaminamos“, - sakė britų mokslininkas.
Tikslinio DNR redagavimo metodas, vadinamas CRISPR/Cas9, leidžia lengvai atlikti pageidaujamus bet kurio organizmo DNR pakeitimus, todėl grandininė reakcija per porą kartų visoje populiacijoje įprastą DNR pakeičia pakeista DNR. Tokiems organizmams, kaip vabzdžiai ir ypač bakterijos, tai tolygu akimirksniu pakeisti natūralaus organizmo populiaciją pakeista pakeisto organizmo populiacija. Šis metodas yra nebrangus ir itin efektyvus. Jis paverčia realybe pačias prasčiausias fantastų, tokių kaip „Žmogus-voras“, idėjas.
DARPA užsakymu sukurta „anti-CRISPR“ technologija gali tapti strateginiu sprendimu, padedančiu užkirsti kelią šioms grėsmėms. Sukūręs biologinį ginklą, „genetinio variklio“ technologiją, Pentagonas nusprendė apsidrausti ir sukurti apsaugą nuo jo.
Varžydamasi su biologiniu „kalaviju ir skydu“, DARPA siekia nustatyti visuotinę genų inžinerijos kontrolę, sukurdama mechanizmus, kurie sustabdytų bet kokius su CRISPR atliktus pakeitimus. Taip JAV galėtų apsisaugoti nuo galimų biologinių grėsmių, taip pat galėtų daryti įtaką, kaip kitos šalys naudoja šias technologijas. Anti-CRISPR priemonės galėtų būti naudojamos ne tik siekiant užkirsti kelią atsitiktinėms klaidoms, bet ir neutralizuoti priešiškus veiksmus, jei „genetiniai varikliai“ būtų naudojami kaip biologiniai ginklai. O tai, kad Pentagonas kuria tokius ginklus, nebekelia abejonių.