ŽIVA

Čeká nás nástup genové terapie aneb Homo sapiens GMO?

V posledních letech došlo k několika významným objevům biologických systémů zodpovídajících v organismech za různé úpravy genů. Mezi poslední patří objev bakteriálního systému CRISPR-Cas9, umožňujícího štěpení DNA o konkrétní sekvenci. Potenciální využití takového nástroje jak v základním výzkumu, tak v medicíne medicíny je obrovské – pro jeho plný rozvoj je ale potřeba ještě překonat několik překážek.

Pracovní listy na téma Jak postupovat při léčbě geneticky podmíněné choroby je v příloze níže.

Pěkná videa popisující funkci CRISPR-Cas volně přístupná na you tube, odkaz najdete pod galerií obrázků.

Citovaná a doporučená literatura:

CHEN, Xiaoyu; GONÇALVES, Manuel AFV. Engineered viruses as genome editing devices. Molecular Therapy, 2016, 24.3: 447-457.
GARCÍA-TUÑÓN, Ignacio, et al. The CRISPR/Cas9 system efficiently reverts the tumorigenic ability of BCR/ABL in vitro and in a xenograft model of chronic myeloid leukemia. Oncotarget, 2017, 5.
JINEK, Martin, et al. A programmable dual-RNA–guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science, 2012, 337.6096: 816-821.
CHARPENTIER, Emmanuelle; DOUDNA, Jennifer A. Biotechnology: Rewriting a genome. Nature, 2013, 495.7439: 50-51.
HOHMANN, Stefan. Editor’s comment on ‘CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human zygotes using Cas9 protein’. Molecular Genetics and Genomics 2017. doi:10.1007/s00438-017-1300-x
LIANG, Puping, et al. CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes. Protein & cell, 2015, 6.5: 363-372.
LIAO, Hsin-Kai, et al. Use of the CRISPR/Cas9 system as an intracellular defense against HIV-1 infection in human cells. Nature communications, 2015, 6.
LIN, Lin, et al. Fusion of SpCas9 to E. coli Rec A protein enhances CRISPR-Cas9 mediated gene knockout in mammalian cells. Journal of Biotechnology, 2017, 247: 42-49.
SCHULTHEIS, Beate, et al. First-in-human phase I study of the liposomal RNA interference therapeutic Atu027 in patients with advanced solid tumors. Journal of Clinical Oncology, 2014, 32.36: 4141-4148.
TANG, Lichun, et al. CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human zygotes using Cas9 protein. Molecular Genetics and Genomics, 2017, 1-9.
WANG, Gang, et al. CRISPR-Cas9 can inhibit HIV-1 replication but NHEJ repair facilitates virus escape. Molecular Therapy, 2016.
WU, Jun, et al. Interspecies chimerism with mammalian pluripotent stem cells. Cell, 2017, 168.3: 473-486. e15.

The last few decades have brought new re­volutionary findings in biological systems that are responsible for the manipulation of gene expression in living organisms. The last one became the elucidation of the bacterial CRISPR-Cas9 function. Originally, this bacterial system is able to cleave DNA according to its specific sequence. The gene editing machinery has a large application potential in the field of basic science and in biomedicine, as well. However, there are still several obstacles to overcome.

Materiály k výuce

• ceka-nas-nastup-genove-terapie-aneb-homo-sapiens-g.docx – Pracovni list - Jak postupovat při léčbě geneticky podmíněné choroby

Obrazové přílohy

• Schéma editace genomu metodou CRISPR-Cas9. Vybraný úsek genomu je rozeznáván pomocí sekvenční kompatibility s guide RNA vázanou na protein Cas9, který následně cílovou DNA štěpí. Blíže v textu a na str. XLVII–XLIX kuléru. Podle různých zdrojů kreslila M. Chumchalová
  
• Štěpení provirové HIV DNA pomocí CRISPR-Cas9. Tímto systémem lze specificky štěpit libovolné sekvence v genomu, jako např. provirové sekvence HIV. Podle různých zdrojů kreslila M. Chumchalová
  
• T lymfocyty infikované HIV (snímek z prozařovacího elektronového mikroskopu, počítačově obarveno). Foto F. Weyda (z článku M. Brůčkové v Živě 2003, 5: 194–196)
  
• Chromozomové změny vedoucí k chronické myeloidní leukémii. Díky chromozomové přestavbě se do vzájemné blízkosti dostávají geny, které se původně nacházely na různých chromozomech. Nové spojení vede ke změně produkce obou proteinů a jejich umístění v buňce. Výsledkem je v tomto případě nádorový fenotyp postižených buněk. Podle různých zdrojů kreslila M. Chumchalová
  
• Mechanismus RNA interference. Nejprve enzymový komplex Dicer naštěpí dvouřetězcovou RNA (double stranded, dsRNA) na kratší úseky (oligonukleotidy), které jsou následně zpracovány komplexem RISC (RNA-Induced Silencing Complex), tvořeným několika bílkovinami a molekulou RNA. RISC nakonec naštěpí všechny RNA v buňce, které mají stejnou sekvenci jako ta v něm obsažená. Tak je buňka schopna zastavit přepis např. virového genomu do bílkovin, čímž zabrání množení viru. Podle různých zdrojů kreslila M. Chumchalová
  
• Vznik nových cév zásobujících rostoucí nádor. Aby mohl nádor růst, jeho buňky potřebují množství živin a kyslíku. Toto zásobení mu zajišťuje nově vzniklé cévní řečiště, které se uvnitř nádoru a v jeho okolí vytváří pod vlivem hormonálního působení nádorových buněk. Podle různých zdrojů kreslila M. Chumchalová
  

Odkazy

Pěkná videa popisující funkci CRISPR-Cas volně přístupná na you tube: https://www.youtube.com/watch?v=2pp17E4E-O8

Archiv článků pro pedagogy a studenty

© 2017 Časopis ŽIVA – Rozhled v oboru veškeré přírody.
Založil roku 1853 J. E. Purkyně.
Vydává Nakladatelství Academia,
Středisko společných činností AV ČR, v. v. i., za podpory Akademie věd ČR.