Геномное редактирование

1.

Геномное редактирование
Выполнила: Федотова Анна, студентка 116 группы
Проверила: Абдукаева Нелли Сулеймановна

2.

Открытие геномного редактирования
Присуждение Нобелевской премии за разработку
метода редактирования генома Дженнифер Дудне
и Эмманюэль Шарпантье- 2020 год
Виргиниюс Шикшнис из Вильнюсского университета
сделал научную работу, которая по существу предвосхищала
результаты Дудне и Шарпантье. Написанная им статья была
представлена к публикации раньше, чем работы Шарпантье
и Дудны, однако прошла через много препятствий, в
результате была опубликована позже в PNAS.

3.

CRISPR- Cas9- система адаптивного иммунитета бактерий и архей
• CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, короткие
палиндромные кластерные повторы) - участки некодирующей ДНК из чередующихся
повторов и спейсеров, фрагментов геномов паразитирующих на этой бактерии вирусов.
• CRISPR-кассета — своеобразная антивирусная база, в ней упорядочено хранятся данные
об угрозах. Спейсеры выступают в роли сигнатур: записанные в них фрагменты ДНК
распознают вирусы и запускают защитные механизмы.

4.

5.

• Спейсер защищает бактерию, пока совпадает
с геномом вируса. Вирус накапливает точечные
мутации, теряя сходство со спейсером, и этим
ослабляет защиту бактерии.
• Спейсеры, уже записанные в CRISPR-кассету,
бесполезны в борьбе с новым вирусом.
• Корректно работающая CRISPR / Cas
нейтрализует вирусные инфекции и
препятствует встраиванию чужеродного генома
в геном клетки.
• Для CRISPR характерна ошибка типа false
positive - спейсеры иногда совпадают с
собственным геномом клетки, тогда защитные
механизмы работают по аутоиммунному
сценарию, разрушают ДНК бактерии.

6.

• Генетическая информация CRISPR-кассеты переносится в
длинную молекулу РНК pre-crRNA. Молекула pre-crRNA
состоит из повторов и комплементарных вирусам участков.
• Белки Cas разрезают pre-crRNA на кусочки crRNA,
содержащему один повтор и участок, и объединяются с
ними. Получаются Cas-crRNA комплексы для обнаружения и
нейтрализации вируса.
• Cas-crRNA обнаруживает вирус за счет образования связи
crRNA с комплементарным ему участком чужеродного
генома.
• Затем белки Cas благодаря своей эндонуклеазной и
экзонуклеазной активности уничтожают вирусную ДНК,
разрезая ее.
• Остатки вирусной ДНК и другие чужеродные фрагменты
связываются белками Cas и встраиваются в CRISPR-кассету
как новые спейсеры. Встраивание спейсеров сопровождается
оптимизацией генома клетки, утратой чужеродных и
избыточных генов.

7.

8.

9.

Геномное редактирование человека
• Хэ Цзянькуй взял сперму и яйцеклетки у пар, провёл с ними экстракорпоральное оплодотворение, а
затем отредактировал геномы полученных эмбрионов с помощью CRISPR / Cas9. Редактированию
подвергся ген CCR5, кодирующий белок, который ВИЧ использует для проникновения в клетки. Он
пытался искусственно создать специфическую мутацию в гене (CCR5 Δ32), встречающуюся у немногих
людей - которая, возможно, придаёт врождённую устойчивость к ВИЧ.
• В октябре 2018 года на свет появились генетически спроектированные девочки-близнецы. Их настоящие
имена общественности неизвестны, им дали псевдонимы Лулу и Нана.
• Только у одной девочки-близнеца оказались отредактированы отцовская и материнская копии гена CCR5, а
у второй - лишь одна, причем не во всех тканях. Это означает, что защиты от ВИЧ у этого ребенка нет, а вот
вред в виде нецелевых мутаций вполне мог быть нанесен.

10.

Геномное редактирование человека
• Генетик Денис Ребриков объявил о намерении использовать редактирование для
устранения мутаций, вызывающих глухоту.
• Для этого он нашел добровольцев - семейную пару, в которой оба родителя несут по две
копии мутации. Впрочем, как рассказала мать генно-модифицированного ребенка,
ее участие в проекте пока под вопросом - она опасается, что это может быть
небезопасно.

11.

Применение геномного редактирования в медицине:
• Лечение наследственных заболеваний (глухота, болезнь Хантингтона,
серповидно- клеточная анемия) – исправление мутаций, вызывающие болезни
• Лечение онкологических, вирусных заболеваний
• Лечение различных аутоиммунных заболеваний

12.

Геномное редактирование животных
• Уменьшить динамику распространения малярии также возможно с помощью применения технологии
Crispr/Cas9. Ученые сосредоточились на гене FREP1, который кодирует белок, помогающий малярийным
паразитам выживать в кишечнике комаров р. Anopheles gambiae до того момента, когда они достигнут
зрелой стадии и смогут поражать человека.После удаления данного гена в слюнных железах большинства
модифицированных комаров паразиты отсутствовали. Это значит, что насекомые теряли возможность
передавать болезнь людям. Комары также приобрели способность вырабатывать флуоресцентный белок, с
помощью которого они могут распознавать комаров с модифицированным геномом.
• Ученые отмечают, что в случае замены диких комаров на модифицированных заболеваемость малярией
может существенно снизиться. Однако пока модифицированные комары менее активны и производят
меньше потомства по сравнению с дикими комарами. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на
улучшении функции размножения у комаров, не представляющих опасности.

13.

Геномное редактирование животных
• Примерами новых возможностей технологий могут служить уже имеющиеся результаты
получения трансгенных животных, устойчивых к серьезным инфекционным заболеваниям за счет
интегрирования в геном генных конструкций, связанных с усилением иммунитета, с улучшенными
важнейшими хозяйственно ценными признаками, а также продуцентов биологически активных
веществ.
• Для улучшения хозяйственно ценных признаков животных с помощью генетических манипуляций
необходимо точное редактирование генома в нескольких локусах, так как важные в
производственном отношении свойства часто контролируются несколькими генами.

14.

Геномное редактирование животных
Примерами могут служить:
• Успешное введение гена лизоцима человека (Hlyz) в локус генома КРС, кодирующего b-казеин с
применением ZFNs, в результате чего молочная железа трансгенного животного может секретировать
лизоцим человека, убивающий в молоке S. aureus, тем самым защищая его от самого распространенного
заболевания молочного скота - мастита;
• Получение трансгенных животных, менее восприимчивых к туберкулезу с помощью технологии TALEN
путем введения гена SP110 в геном КРС;
• Получение КРС с успешным нокаутом гена миостатина MSTN, сдерживающего рост мышц для
предотвращения их дистрофии, с использованием TALEN.

15.

Геномное редактирование растений
• Томат содержит пектин, который содержится в клеточных
стенках и межклеточном пространстве. По мере созревания в
томате повышается активность гена, который производит
фермент полигалактуроназу. Его роль -разрушить пектин.
Для того, чтобы помидор быстрее сгнил так семена быстрее
попали в землю и проросли.
• В 1980-х годах калифорнийская компания Calgene
приступила к разработке нового сорта томата со сниженной
активностью гена, разрушающего пектин. Для этого они в
ДНК томата внедрили антисмысловой ген
полигалактуроназы. Получаемая антисмысловая РНК
связывается со смысловой, в результате чего она блокирует и
синтез белка не происходит. Чтобы узнать, успешна ли
модификация, исследователи также вставили ген
устойчивости к антибиотику канамицину- в случае успеха
клетки, обработанные канамицином, не погибнут.
• Сорт, названный Flavr Savr (произносится как "flavor saver",
дословно "сохраняющий вкус"), был готов к 1992 году.

16.

Геномное редактирование растений
• В ИЦиГ СО РАН сейчас растут потомки первых отредактированных растений ячменя, в
которых изменена морфология колоса для более легкого его обмолота и отделения
несъедобных жестких пленок от зерна. В научных терминах «пленчатый» ячмень стал
«голозерным».
• Российские селекционеры также разрабатывают вариант сделать клубни диких видов
картофеля съедобными и далее использовать полученные формы в селекционном
процессе с тем, чтобы передать культурным сортам картофеля полезные гены
иммунитета, не испортив при этом качество клубней.

17.

Геномное редактирование грибов
• В магазинах шампиньоны на срезах быстро темнеют. С точки зрения продавца, это
плохо, потому что покупатели не хотят покупать черные шампиньоны, а хотят белые.
Выяснилось, что ген, который кодирует белок, ответственный за потемнение, можно
разрушить, используя технологию CRISPR-Cas.
• В США пару лет назад были одобрены к использованию шампиньоны с
отредактированным геномом. Теперь потребитель может покупать старые шампиньоны
по цене свежих.

18.

Спасибо за внимание!