سیستم CRISPR - CAS به دلیل سادگی ، ویژگی بالا و کارآیی ، در زمینه ویرایش ژن متحول شده است. با این حال ، مانند هر فناوری ، بدون محدودیت نیست. یکی از چالش های کاربرد CRISPR - CAS ، دستیابی به ویرایش ژن با بهره وری بالا ، به ویژه در ژنوم های پیچیده و در انواع خاص سلول است. نوترکیب ، آنزیم هایی که نوترکیبی ژنتیکی را کاتالیز می کنند ، در تقویت کارآیی سیستم های CRISPR - CAS وعده بزرگی دارند. من به عنوان یک تأمین کننده نوترکیب ، من هیجان زده ام که چگونه می توان این آنزیم های قدرتمند را با CRISPR - CAS ادغام کرد تا بتواند امکانات جدید را در ویرایش ژن باز کند.
درک سیستم CRISPR - CAS
سیستم CRISPR - CAS یک مکانیسم دفاعی طبیعی در باکتری ها و باستان در برابر ویروس ها و پلاسمیدهای مهاجم است. این شامل یک RNA راهنما (GRNA) است که یک دنباله DNA خاص و یک هسته CAS را هدف قرار می دهد که DNA را در سایت هدف قرار می دهد. پس از شکاف DNA ، مکانیسم های ترمیم طبیعی سلول به مرحله اجرا در می آیند. دو مسیر اصلی تعمیر وجود دارد: انتهای غیر همولوگ - پیوستن (NHEJ) و ترمیم همولوژی - کارگردانی (HDR). NHEJ خطا است - مستعد و اغلب منجر به درج کوچک یا حذف (Indels) می شود ، در حالی که می توان از HDR برای معرفی تغییرات ژنتیکی دقیق هنگام ارائه الگوی DNA اهدا کننده استفاده کرد.
راندمان ویرایش ژن CRISPR - CAS - به چندین عامل از جمله تحویل هسته CAS و GRNA به سلولهای هدف ، فعالیت نوکلئاز CAS در محل هدف و راندمان مسیرهای ترمیم DNA بستگی دارد. در بسیاری از موارد ، راندمان پایین HDR یک تنگنا مهم است ، به ویژه در سلولهای اولیه و کاربردهای داخل بدن.
چگونه نوترکیب می تواند کارایی CRISPR - CAS را افزایش دهد
1. تسهیل همسانی - تعمیر کارگردانی (HDR)
نوترکیب ها می توانند نقش مهمی در ارتقاء HDR داشته باشند. یکی از مراحل اصلی HDR ، حمله به الگوی DNA اهدا کننده به DNA شکاف در محل هدف است. نوترکیب ، مانند RECA در باکتری ها ، می توانند یک رشته نوکلئوپروتئین را روی DNA اهدا کننده تشکیل دهند. این رشته سپس می تواند توالی های همولوگ را در DNA شکاف یافته جستجو کند و تهاجم رشته را ترویج کند ، که یک گام مهم در HDR است.
به عنوان مثال ، با ارائه یک نوترکیب با سیستم CRISPR - CAS و الگوی DNA اهدا کننده ، می توانیم احتمال وقایع موفق HDR را افزایش دهیم. این روش نشان داده شده است که به طور قابل توجهی کارایی ویرایش دقیق ژن را در انواع مختلف سلول بهبود می بخشد. این نوترکیب به غلبه بر موانع جنبشی مرتبط با HDR کمک می کند و باعث می شود سلول از الگوی DNA اهدا کننده برای ترمیم به جای توسل به خطا استفاده کند - مستعد مسیر NHEJ.
2. بهبود ویژگی هدفمند
علاوه بر ترویج HDR ، نوترکیب ها همچنین می توانند ویژگی هدفمند سیستم CRISPR - CAS را تقویت کنند. برخی از نوترکیب ها توانایی تشخیص و اتصال به توالی های DNA خاص با میل زیاد را دارند. با مهندسی نوترکیب برای تعامل با مجموعه CRISPR - CAS ، می توانیم ویژگی هسته CAS را برای سایت هدف افزایش دهیم.
این امر می تواند با فیوز کردن نوترکیب به نوکلئاز CAS یا با استفاده از یک سیستم هدفمند مبتنی بر نوترکیب در ترکیب با CRISPR - CAS حاصل شود. نوترکیب می تواند به هدایت نوکلئاز CAS به محل هدف صحیح کمک کند و اثرات هدف را کاهش دهد. اثرات هدف اصلی نگرانی عمده در برنامه های CRISPR - CAS است ، زیرا می تواند منجر به تغییرات ژنتیکی ناخواسته و مشکلات ایمنی بالقوه شود. با بهبود ویژگی هدفمند ، نوترکیب می تواند سیستم CRISPR - CAS را برای استفاده در ژن درمانی و سایر برنامه ها قابل اطمینان تر و ایمن تر کند.
3. غلبه بر موانع کروماتین
ساختار کروماتین می تواند مانع قابل توجهی برای دسترسی به سیستم CRISPR - CAS به DNA هدف باشد. DNA در سلولهای یوکاریوتی با پروتئین های هیستون محکم بسته بندی می شود تا کروماتین تشکیل شود ، که می تواند اتصال هسته CAS و GRNA را به محل هدف محدود کند. نوترکیب می تواند به غلبه بر این موانع کروماتین کمک کند.
برخی از نوترکیب ها توانایی تعامل با پروتئین های مرتبط با کروماتین و اصلاح ساختار کروماتین در مجاورت سایت هدف را دارند. این می تواند DNA هدف را برای سیستم CRISPR - CAS در دسترس قرار دهد و باعث افزایش کارایی ویرایش ژن شود. به عنوان مثال ، با استفاده از یک نوترکیب که می تواند کروماتین را بازسازی کند ، می توانیم اتصال هسته CAS و GRNA را به محل مورد نظر تقویت کنیم و منجر به شکاف DNA کارآمدتر و ترمیم بعدی شود.
محصولات نوترکیب و پتانسیل آنها در CRISPR - CAS تقویت
ما به عنوان یک تأمین کننده نوترکیب ، ما طیف وسیعی از محصولات با کیفیت بالا و نوترکیب را ارائه می دهیم که برای افزایش کارآیی سیستم های CRISPR - CAS مناسب هستند. نوترکیب ما با دقت خالص و مشخص می شود تا از عملکرد بهینه در برنامه های ویرایش ژن اطمینان حاصل شود.
علاوه بر محصولات نوترکیب ما ، ما آنزیم های دیگری را نیز ارائه می دهیم که می توانند در ترکیب با CRISPR - CAS و نوترکیب برای افزایش بیشتر کارایی ویرایش ژن استفاده شوند. به عنوان مثال ،اگزونوکلئاز III 2.0می توان برای پردازش انتهای الگوی DNA اهدا کننده استفاده کرد و آن را برای HDR مناسب تر کرد.M - MLV H - 2.0می توان برای رونویسی معکوس استفاده کرد ، که ممکن است در برخی از استراتژی های ویرایش ژن مفید باشد. وتDNA پلیمراز 2.0می توان برای سنتز الگوی DNA اهدا کننده یا پر کردن شکاف ها در طی فرآیند تعمیر استفاده کرد.
مطالعات موردی و برنامه های کاربردی
چندین مطالعه موردی موفق وجود داشته است که نشان دهنده استفاده از نوترکیب ها برای تقویت کارایی CRISPR - CAS است. در یک مطالعه ، محققان برای اصلاح یک جهش ژنتیکی در سلولهای بنیادی پرتوان ناشی از انسان (IPSC) از یک سیستم CRISPR - CAS با کمک نوترکیب استفاده کردند. با ارائه یک نوترکیب با اجزای CRISPR - CAS و الگوی DNA اهدا کننده ، آنها قادر به دستیابی به راندمان قابل توجهی بالاتر از HDR در مقایسه با استفاده از سیستم CRISPR - CAS به تنهایی بودند. این رویکرد دارای کاربردهای بالقوه در ژن درمانی برای بیماریهای ژنتیکی است ، زیرا امکان تصحیح دقیق بیماری را فراهم می کند - باعث جهش می شود.
در مورد دیگر ، برای بهبود ویژگی هدفمند سیستم CRISPR - CAS در گیاهان استفاده شد. با مهندسی یک سیستم هدف گذاری مبتنی بر نوترکیب ، محققان توانستند اثرات هدف را کاهش داده و کارایی ویرایش ژن را در گیاهان زراعی افزایش دهند. این پیامدهای مربوط به بیوتکنولوژی کشاورزی است ، زیرا می توان از آن برای تولید محصولات زراعی با صفات بهبود یافته مانند مقاومت به بیماری و افزایش عملکرد استفاده کرد.
نتیجه گیری و فراخوانی به عمل
نوترکیب در افزایش کارآیی سیستم های CRISPR - CAS از پتانسیل بسیار خوبی برخوردار است. با ترویج HDR ، بهبود ویژگی هدفمند و غلبه بر موانع کروماتین ، نوترکیب می تواند برخی از محدودیت های اصلی فناوری CRISPR - CAS را برطرف کند. ما به عنوان یک تأمین کننده نوترکیب ، ما متعهد هستیم که محصولات با کیفیت بالا و پشتیبانی فنی را به محققان و شرکت های بیوتکنولوژی که در زمینه ویرایش ژن کار می کنند ، ارائه دهیم.
اگر علاقه مند به کاوش در استفاده از نوترکیب ها برای تقویت برنامه های CRISPR - CAS خود هستید ، ما از شما دعوت می کنیم تا برای اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید. تیم متخصصان ما می توانند به شما در انتخاب محصولات مناسب نوترکیب و ارائه راهنمایی در مورد طراحی آزمایشی کمک کنند. ما مشتاقانه منتظر همکاری با شما هستیم تا زمینه ویرایش ژن را پیش ببریم و راه حل های جدیدی را برای جدول به ارمغان بیاوریم.
منابع
- Jinek ، M. ، Chylinski ، K. ، Fonfara ، I. ، Hauer ، M. ، Doudna ، JA ، & Charpentier ، E. (2012). یک آندونوکلئاز DNA با هدایت DNA با دوتایی قابل برنامه ریزی در ایمنی باکتریایی سازگار. علوم ، 337 (6096) ، 816 - 821.
- Mali ، P. ، Yang ، L. ، Esvelt ، KM ، Aach ، J. ، Guell ، M. ، Dicarlo ، JE ، ... & Church ، GM (2013). RNA - مهندسی ژنوم انسانی هدایت شده از طریق CAS9 Science ، 339 (6121) ، 823 -
- Li ، X. ، Yang ، Y. ، & Zhang ، Y. (2016). نوترکیب: یک روش نوترکیبی همولوگ مبتنی بر مهندسی ژنتیک. پروتکل های طبیعت ، 11 (3) ، 476 - 492.
- Pinder ، JC ، & Cheng ، AW (2019). بهبود ویرایش ژن CRISPR - CAS9 با DNA - هدف قرار دادن نوترکیب. روش های زیست شناسی مولکولی ، 1970 ، 273 - 285.