Ich habe gelesen, dass CRISPR/Cas9 derzeit implementiert und auf seine Fähigkeit getestet wird, Genome in lebenden Zellen zu bearbeiten, und dass es andere Genombearbeitungswerkzeuge in Labors wie TALENs und Zinkfinger-Nukleasen verdrängt.
Ich verstehe, dass es einige Metriken geben kann, die zur Analyse eines Genom-Editierungssystems verwendet werden. Einer ist die Effizienz, die vielleicht in Bearbeitungen pro Zeit oder Bearbeitungen pro Molekül gemessen werden könnte. Eine andere Metrik könnte die Fehlerrate sein. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Genom anders als beabsichtigt verändert wird? Eine andere Metrik könnte die Länge des Genoms sein, das auf einmal bearbeitet werden kann.
Ich habe auch gelesen, dass sich CRISPR/Cas9 in Bakterien entwickelt hat. Wann hat sich CRISPR/Cas9 in der Geschichte des Lebens auf der Erde entwickelt?
Wenn sich CRISPR/Cas9 in Bakterien entwickelt hat und vor anderen evolutionären Fortschritten, einschließlich einiger von denen, die möglicherweise bestimmte multizelluläre Lebensformen ermöglicht haben, muss ich mich fragen, ob sich auch andere Systeme wie CRISPR/Cas9 entwickelt haben, die ihm jedoch in einigen Metriken überlegen sind.
Wie funktioniert die Rekombination bei der sexuellen Fortpflanzung? Könnte es sich um biomolekulare Maschinen wie die von CRISPR/Cas9 handeln?
Wie funktioniert das adaptive Immunsystem? Wie funktioniert die VDJ-Rekombination? Beinhaltet es ein fortschrittliches (im Vergleich zu CRISPR/Cas9) Genom-Editing-System?
Wie lässt sich die Wahrscheinlichkeit abschätzen, dass es bereits ein CRISPR/Cas9 überlegenes System gibt?
Viele interessante Fragen! Lassen Sie mich versuchen, einige davon anzusprechen, da ich nicht glaube, dass ich qualifiziert bin, sie alle zu beantworten, aber ich hoffe, dass ich diesen Thread starten kann. Ich bin ein Doktorand im Bereich biophysikalische Chemie und habe in den letzten Jahren ein wenig den Crispr Cas9-Wahn verfolgt. Ich bin also keineswegs ein Experte für Cas9, aber ich finde es interessant.
Viele spekulieren, dass, solange sie zellulär leben, auch Viren oder einige obligate Parasiten existiert haben. Dies rührt von der Idee her, dass Viren vielleicht nicht „nicht-selbst“ sind, sondern Teile des Wirts, die zufällig zu unbelebten Partikeln werden, die der Zelle entkommen und dann einen anderen geeigneten Wirt finden. Einige Viren haben sich zusammen mit dem Wirt entwickelt, vielleicht um zu verhindern, dass andere Viren in seine „Heimat/Geburtsmutter“ eindringen. Auch hier ist ein Großteil dieses Absatzes nur Spekulation, aber es ist wahrscheinlich, dass CRISPR-Systeme oder ein adaptives Immunsystem wie dieses schon so lange existieren wie Viren/obligatorische Parasiten.
Fehlerraten, Sie können sich einige der kürzlich erschienenen Artikel ansehen, aber die Idee ist, dass es viele Fehlerraten gibt, insbesondere wenn die RNA konstitutiv von einem Plasmid transkribiert wird. Einige Leute haben vorgeschlagen, nicht die Plasmide für die Leit-RNAs und das Cas9-Protein zu liefern, sondern stattdessen das mit der RNA selbst komplexierte Cas9-Protein. Andere Möglichkeiten zur Kontrolle der Menge, die Sie an eine Zelle abgeben, umfassen die Abgabe der RNA für das Cas9-Protein, damit es schließlich abgebaut wird. Dies vermeidet die Komplikation der Abgabe von DNA, die mehrfach transkribiert werden kann und Ihre Zelle möglicherweise mit Cas9-Protein oder Leit-RNAs überschwemmt, was die Wahrscheinlichkeit von Off-Target-Effekten erhöht. Oder Sie können das cas9-Protein und die Leit-RNA-Plasmide unter induzierbaren Promotoren haben,
Ob es andere Systeme gibt, die ihm "überlegen" sind, und mit "überlegen" meinen Sie effizienter und mit weniger Off-Targeting-Effekten? Sicher, diese Dinge können durchaus existieren, da wir noch nicht den gesamten Planeten sequenziert haben! Spaß beiseite, vielleicht fangen Sie an, sich in Forschungsgruppen umzusehen, die sich mit adaptiver Immunität bei Prokaryoten befassen, vielleicht finden Sie einige interessante Ideen ...
VDJ ist ein sehr cooles System, über das ich nur wenig weiß, aber diese Rezension könnte einen Blick wert sein:
„Mechanismus und Kontrolle der V(D)J-Rekombination versus ClassSwitch-Rekombination: Ähnlichkeiten und Unterschiede“, die hier zu finden sind .
Auch die Rekombination bei der meiotischen versus mitotischen Replikation wird in diesem Übersichtsartikel behandelt: „Meiotic versus Mitotic Recombination: Two Different Routes for Double-Strand Break Repair“, der hier verfügbar ist .
Um Ihre Frage zu beantworten, muss ich mich also an jemand anderen wenden!
Meine Frage an Sie ist, was ist "erweitert"? Das Leben, wie wir es verstehen, entwickelt sich seit etwa 3-4 Milliarden Jahren. „Fortgeschritten“ deutet darauf hin, dass sich ein Organismus besser oder schneller entwickelt hat. Ich weiß nicht, ob ich etwas als fortschrittlicher bezeichnen würde, aber vielleicht komplizierter und besser in der Lage, sich schnell an neue Umweltbelastungen anzupassen? Bakterien haben uns übertrumpft, wenn es schnelle Veränderungen in der Umwelt, globale Erwärmung, Asteroiden, die in den Planeten rasen, usw.
Um diese Wahrscheinlichkeit abzuschätzen, muss man wissen, wie groß der gesamte Sequenzraum der Erde ist, einige haben 5-50 Millionen eukaryotische Arten geschätzt, aber es hängt davon ab, welche Metrik Sie verwenden würden, um eine neue Art zu definieren. Für Prokaryoten ist es unbekannt. Meine Vermutung ist, dass Sie Hunderte von Millionen verschiedener Organismen haben, die in der Lage sind, eine Art adaptives Immunsystem zu haben, das sich von Natur aus vom CRISPR/Cas9-System unterscheiden kann, aber dennoch einige ähnliche Elemente, wie die Nukleinsäure-Komplementierung, als Abwehrmethode verwendet gegen obligate Parasiten. Dann stellt sich die Frage, wie viele dieser Organismen wir sequenziert haben und von wie vielen Proteinen wir aufgrund von Sequenzähnlichkeiten mit anderen Proteinen eine Vorstellung davon haben, wie sie funktionieren. Oder wenn wir ihre 3D-Struktur basierend auf der kryogenen Transmissionselektronenmikroskopie (Kryo-EM) direkt charakterisiert haben, NMR- oder Röntgenkristallographie. Ich stelle mir also vor, dass wir gerade die Spitze des Eisbergs erreicht haben, als wir natürliche Enzyme gefunden haben, die als Genbearbeitungs- und Genortungswerkzeuge fungieren können. Außerdem können wir anfangen, unsere eigenen Enzyme zu entwickeln, wie das, woran Professor David Baker von der UW arbeitet. Riesiger Ozean zum Erkunden, bringen Sie eine molekulare Angelrute mit :-)
Behzad Rowshanravan