Teknologi pengeditan gen menggunakan sistem CRISPR-Cas9 dapat menyebabkan banyak mutasi yang tidak diinginkan. Kesimpulan ini dicapai oleh para ilmuwan dari Columbia University Medical Center. "Lenta.ru" berbicara tentang studi baru, yang hasilnya dipublikasikan dalam jurnal Nature Methods.
CRISPR / Cas9 adalah mekanisme molekuler yang ada di dalam bakteri dan memungkinkan mereka melawan virus dengan bakteriofag. CRISPR adalah "kaset" di dalam DNA mikroorganisme, yang terdiri dari bagian berulang dan urutan unik yang disebut spacer. Yang terakhir adalah fragmen DNA virus. Pada intinya CRISPR dapat dikatakan sebagai bank data yang berisi informasi tentang gen agen patogen. Protein Cas9 menggunakan informasi ini untuk mengidentifikasi DNA asing dengan benar dan membuatnya tidak berbahaya dengan memotong di lokasi tertentu.
Akurasi CRISPR / Cas9 memungkinkannya digunakan sebagai alat pengeditan gen yang jauh lebih efektif daripada metode yang ada sebelumnya. Para peneliti memasukkan kaset DNA yang berisi gen protein Cas9 dan wilayah yang mengkode molekul RNA penargetan khusus (sgRNA) ke dalam sel, di mana perubahan genom akan dibuat. Yang terakhir dapat menempel ke lokasi tertentu dalam genom, menunjukkan ke Cas9 di mana harus memotong. Anda kemudian dapat memasukkan gen atau kelompok gen yang diinginkan ke dalam celah tersebut, membuat sel yang dimodifikasi.
Keuntungan CRISPR / Cas9 adalah dapat membuat perubahan yang tepat, mengurangi jumlah pemotongan yang tidak diinginkan (efek di luar target) di bagian lain genom. Selain itu, ini menghemat waktu dan uang - tidak seperti metode lain yang banyak digunakan yang menggunakan enzim nuklease. Sistem CRISPR lebih cocok untuk situasi di mana beberapa gen yang rusak perlu dikoreksi sekaligus, karena hanya memerlukan sintesis sgRNA yang sesuai. Dalam kasus nuklease, untuk setiap situs DNA tertentu, perlu untuk merakit enzim spesifiknya sendiri, yang lebih lama dan lebih mahal.
Kredit Gambar Artistik CRISPR / Cas9: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT
Teknologi dengan cepat menjadi populer, tidak hanya di kalangan ilmuwan, tetapi juga dalam budaya populer. Misalnya, muncul di plot beberapa episode musim baru The X-Files sebagai senjata pemusnah massal. Direktur intelijen nasional AS, James Clapper, juga mengungkapkan keprihatinannya, yang meyakini bahwa rekayasa genetika merupakan ancaman. Namun, teknologi apa pun berbahaya jika digunakan secara tidak benar. Misalnya, penggunaan antibiotik yang tidak tepat dan sering, yang telah menyelamatkan nyawa ratusan ribu orang, memicu munculnya superbug yang kebal antimikroba.
Terlepas dari fiksi, CRISPR / Cas9 dengan sendirinya, seperti antibiotik, tidak dapat digunakan sebagai senjata pemusnah manusia. Tetapi Anda dapat membuat organisme yang dimodifikasi, seperti nyamuk, yang akan menyebarkan gen yang rusak pada populasinya, yang dapat menyebabkan penurunan yang kuat dalam jumlah serangga penghisap darah. Ahli biologi mendesak untuk sangat berhati-hati dengan aplikasi semacam itu.
Sel kekebalan menyerang pertumbuhan kanker Foto: Steve Gschmeissner / Science Photo Library
Video promosi:
Pada saat yang sama, banyak bioteknologi percaya bahwa teknologi akan memungkinkan keberhasilan pengobatan penyakit berbahaya, termasuk yang disebabkan oleh penyebab genetik. Misalnya, pada akhir 2016, China sudah bereksperimen dengan pengobatan kanker paru-paru agresif. Sel-sel kekebalan pasien dikeluarkan dan gen yang menekan perang melawan tumor ganas dimatikan. Prosedur modifikasi genom berhasil, dan sel-sel dimasukkan kembali ke dalam tubuh pasien.
CRISPR / Cas9 memiliki kekurangannya. Jadi, DNA yang dipecah oleh "gunting" molekuler kehilangan bagian dari urutannya, yang mencegah pengeditan "titik", yaitu penggantian satu nukleotida tunggal. Ahli bioteknologi sedang membuat versi sistem yang lebih baik dengan mengatasi keterbatasan ini. Misalnya, peneliti Korea Selatan telah menggabungkan enzim Cas9 dengan protein lain, cytidine deaminase. Ini mengajarkan CRISPR / Cas9 untuk membuat substitusi nukleotida tunggal.
Namun, ada masalah lain. Faktanya adalah bahwa teknologi ini juga dapat menyebabkan mutasi yang tidak diinginkan, dan para ilmuwan belum sepenuhnya memahami bagaimana hal ini dapat dihilangkan. Saat menangani orang, risikonya masih sangat tinggi: perubahan samping pada genom dapat sangat membahayakan kesehatan.
Algoritme tertentu dapat memprediksi di mana dalam genom penggantian yang tidak perlu dapat dilakukan. Mereka bekerja dengan sangat baik ketika CRISPR memodifikasi sel atau jaringan individu, tetapi tidak digunakan untuk organisme hidup.
Struktur CRISPR / Cas9 Foto: Ian Slaymaker / Broad Institute
Misalnya, ahli bioteknologi di Universitas Columbia telah menggunakan teknologi untuk menghilangkan mutasi yang memicu retinitis pigmentosa. Untuk itu, sel kulit diambil dari pasien dan diprogram ulang menjadi sel induk. Cacat tersebut kemudian diperbaiki dengan menggunakan kaset CRISPR. Sel yang dimodifikasi seperti itu dapat diubah menjadi sel retinal dan ditransplantasikan ke pasien untuk memulihkan penglihatan.
Selain itu, ilmuwan yang sama menciptakan tikus yang dimodifikasi secara genetik, yang disuntik dengan CRISPR pada tahap zigot. Para peneliti kemudian mengurutkan (menentukan urutan nukleotida) seluruh genom tikus. Meskipun CRISPR berhasil mengoreksi gen yang cacat menyebabkan kebutaan, ia juga memperkenalkan lebih dari 1.500 mutasi nukleotida tunggal dan lebih dari 100 penghapusan (penghapusan bagian pendek) dan penyisipan. Tak satu pun dari perubahan yang tidak diinginkan ini diprediksi oleh algoritme komputer.
Modifikasi genom adalah cara yang baik untuk mengobati penyakit keturunan yang saat ini tidak dapat disembuhkan. Menurut Stephen Tsang, dia dan rekan penulisnya percaya bahwa penting bagi ilmuwan rekayasa genetika untuk menyadari potensi bahaya mutasi yang tidak diinginkan yang muncul saat mengedit DNA. Mutasi semacam itu mencakup substitusi nukleotida di daerah pengkodean genom, dan di daerah non-pengkode, di mana elemen pengatur berada (mereka mengontrol aktivitas gen).
Terlepas dari mutasi, tikus melakukannya dengan baik. Ahli bioteknologi tetap optimis tentang terapi gen karena setiap intervensi medis memiliki efek samping. Anda hanya perlu tahu apa itu. Di masa depan, ini akan meningkatkan teknologi untuk meminimalkan efek di luar target.
Alexander Enikeev
