Τι είναι η επεξεργασία γονιδιώματος και το CRISPR-Cas9;

US National Library of Medicine – Genetics Home Reference

Η επεξεργασία γονιδιώματος ή γονιδιακή επεξεργασία είναι μια ομάδα τεχνολογιών που δίνουν στους επιστήμονες τη δυνατότητα να αλλάξουν το DNA ενός οργανισμού. Αυτές οι τεχνολογίες επιτρέπουν την προσθήκη, αφαίρεση ή τροποποίηση γενετικού υλικού σε συγκεκριμένες τοποθεσίες στο γονιδίωμα. Έχουν αναπτυχθεί αρκετές προσεγγίσεις για την επεξεργασία γονιδιώματος. Μία πρόσφατη είναι γνωστή ως CRISPR-Cas9, που σημαίνει σύμπλεγμα μικρών παλινδρομικών αλληλουχιών τακτικής χωροκατανομής και CRISPR πρωτεΐνη 9. Το σύστημα CRISPR-Cas9 έχει δημιουργήσει μεγάλο ενθουσιασμό στην επιστημονική κοινότητα επειδή είναι ταχύτερο, φθηνότερο, περισσότερο ακριβές και πιο αποτελεσματικό από άλλες υπάρχουσες μεθόδους επεξεργασίας γονιδιώματος.

Το CRISPR-Cas9 έχει προσαρμοστεί από ένα φυσικό σύστημα επεξεργασίας γονιδιώματος σε βακτήρια. Τα βακτήρια συλλαμβάνουν αποσπάσματα DNA από ιούς εισβολείς και τα χρησιμοποιούν για να δημιουργήσουν τμήματα DNA γνωστά ως συστοιχίες CRISPR. Οι συστοιχίες CRISPR επιτρέπουν στα βακτήρια να «θυμούνται» τους ιούς (ή άλλους στενά συνδεδεμένους με αυτούς). Εάν οι ιοί επιτεθούν ξανά, τα βακτήρια παράγουν τμήματα RNA από τις συστοιχίες CRISPR για να στοχεύσουν το DNA των ιών. Τα βακτήρια στη συνέχεια χρησιμοποιούν το Cas9 ή ένα παρόμοιο ένζυμο για να αποκόψουν το DNA, το οποίο απενεργοποιεί τον ιό.

Το σύστημα CRISPR-Cas9 λειτουργεί παρόμοια στο εργαστήριο. Οι ερευνητές δημιουργούν ένα μικρό κομμάτι RNA με μια σύντομη ακολουθία «οδηγού» που προσκολλάται (συνδέεται) σε μια συγκεκριμένη και στοχευμένη αλληλουχία DNA σε ένα γονιδίωμα. Το RNA συνδέεται επίσης με το ένζυμο Cas9. Όπως στα βακτήρια, το τροποποιημένο RNA χρησιμοποιείται για την αναγνώριση της αλληλουχίας DNA και το ένζυμο Cas9 κόβει το DNA στην στοχευμένη θέση. Αν και το Cas9 είναι το ένζυμο που χρησιμοποιείται συχνότερα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλα ένζυμα (για παράδειγμα το Cpf1). Μόλις κοπεί το DNA, οι ερευνητές χρησιμοποιούν το μηχανισμό επιδιόρθωσης DNA του ίδιου του κυττάρου, για να προσθέσουν ή να διαγράψουν κομμάτια γενετικού υλικού ή να κάνουν αλλαγές στο DNA αντικαθιστώντας ένα υπάρχον τμήμα με μια προσαρμοσμένη ακολουθία DNA.

Η επεξεργασία γονιδιώματος παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον για την πρόληψη και τη θεραπεία ανθρώπινων ασθενειών. Επί του παρόντος, οι περισσότερες έρευνες σχετικά με την επεξεργασία γονιδιώματος γίνονται για την κατανόηση ασθενειών, χρησιμοποιώντας κύτταρα και ζωικά μοντέλα. Οι επιστήμονες εξακολουθούν να εργάζονται για να προσδιορίσουν εάν αυτή η προσέγγιση είναι ασφαλής και αποτελεσματική για χρήση σε ανθρώπους. Η επεξεργασία γονιδιώματος διερευνάται σε έρευνες για μια μεγάλη ποικιλία ασθενειών, συμπεριλαμβανομένων των διαταραχών ενός γονιδίου, όπως η κυστική ίνωση, η αιμοφιλία και η δρεπανοκυτταρική νόσος. Είναι υποσχόμενη και για τη θεραπεία και την πρόληψη πιο περίπλοκων ασθενειών, όπως ο καρκίνος, οι καρδιακές παθήσεις, οι ψυχικές ασθένειες και η λοίμωξη από τον ιό HIV.

Ηθικές ανησυχίες προκύπτουν όταν η επεξεργασία του γονιδιώματος, χρησιμοποιώντας τεχνολογίες όπως το CRISPR-Cas9, χρησιμοποιείται για την αλλαγή των ανθρώπινων γονιδιωμάτων. Οι περισσότερες από τις αλλαγές που εισήχθησαν με την επεξεργασία του γονιδιώματος περιορίζονται σε σωματικά κύτταρα, τα οποία είναι διαφορετικά κύτταρα από τα κύτταρα των ωαρίων και των σπερματοζωαρίων. Αυτές οι αλλαγές επηρεάζουν μόνο ορισμένους ιστούς και δεν μεταδίδονται από τη μια γενιά στην άλλη. Ωστόσο, οι αλλαγές που γίνονται σε γονίδια των κυττάρων ωαρίων ή σπερματοζωαρίων (κύτταρα βλαστικής σειράς) ή στα γονίδια ενός εμβρύου θα μπορούσαν να μεταδοθούν στις μελλοντικές γενιές. Η επεξεργασία των κυττάρων της γενετικής γραμμής και του γονιδιώματος του εμβρύου δημιουργεί μια σειρά ηθικών προκλήσεων, συμπεριλαμβανομένου του εάν θα επιτρέπεται η χρήση αυτής της τεχνολογίας για την ενίσχυση των φυσιολογικών ανθρώπινων χαρακτηριστικών (όπως το ύψος ή η νοημοσύνη). Με βάση τις ανησυχίες σχετικά με την ηθική και την ασφάλεια, η επεξεργασία των γεννητικών κυττάρων και των εμβρυϊκών γονιδίων είναι επί του παρόντος παράνομη σε πολλές χώρες.