สัตว์ที่ให้ความหวัง

สัตว์ที่ให้ความหวัง

Oleg Makarov
"กลศาสตร์นิยม" №4, 2016

หนึ่งในโรคที่เลวร้ายที่สุดที่ธรรมชาติมอบให้กับมนุษย์คือพันธุกรรม คุณสามารถประสบความสำเร็จในการจัดการกับโรคที่เป็นสาเหตุของเชื้อโรคได้เช่นแบคทีเรียและไวรัส แต่ถ้าปัญหาอยู่ในจีโนมมนุษย์ตั้งแต่แรกเกิดก็เป็นเรื่องยากมากที่จะช่วยผู้ป่วย วิทยาศาสตร์สมัยใหม่คือปากแข็งแสวงหาโอกาสที่จะ "ซ่อมแซม" ยีนกลายพันธุ์

โรคกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือด Duchenne เป็นหนึ่งในโรคทางพันธุกรรมที่ไม่บ่อยนัก โรคนี้ได้รับการวินิจฉัยเมื่ออายุสามถึงห้าขวบโดยปกติจะเป็นเด็กผู้ชายซึ่งแสดงออกในตอนแรกในการเคลื่อนไหวที่ขัดขวางเท่านั้นโดยอายุสิบขวบที่ได้รับความทุกข์ทรมานจากภาวะการงอกของเส้นประสาทเช่นนี้ไม่สามารถเดินได้อีกต่อไปโดย 20-22 ปีชีวิตของเขาจะสิ้นสุดลง มันเกิดจากการกลายพันธุ์ของยีน dystrophin ซึ่งอยู่ในโครโมโซม X มัน encodes โปรตีนที่เชื่อมต่อเยื่อหุ้มเซลล์ของกล้ามเนื้อเซลล์ที่มีเส้นใยหดตัว ฟังก์ชั่นนี้เป็นสปริงที่ช่วยลดและความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มเซลล์ การกลายพันธุ์ในยีนจะนำไปสู่การเสื่อมของกล้ามเนื้อโครงกระดูกไดอะแฟรมและหัวใจ การรักษาโรคเป็นแบบประคับประคองและช่วยได้เพียงอย่างเดียวบรรเทาความทุกข์ทรมานบางอย่าง อย่างไรก็ตามเมื่อมีการพัฒนาทางพันธุวิศวกรรมแสงสว่างปรากฏขึ้นที่ส่วนท้ายของอุโมงค์

เกี่ยวกับสงครามและสันติภาพ

การรักษาด้วยยีนคือการส่งมอบการก่อสร้างกรดนิวคลีอิกไปสู่เซลล์เพื่อรักษาโรคทางพันธุกรรม ด้วยวิธีนี้คุณสามารถแก้ไขปัญหาทางพันธุกรรมที่ระดับดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอซึ่งจะเปลี่ยนกระบวนการแสดงออกของโปรตีนที่ต้องการ ตัวอย่างเช่นดีเอ็นเอสามารถถูกส่งไปยังเซลล์ที่มีลำดับแก้ไขที่มีการสังเคราะห์โปรตีนทำงานได้ หรือตรงกันข้ามการลบลำดับพันธุกรรมบางอย่างเป็นไปได้ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบที่เป็นอันตรายของการกลายพันธุ์ ในทางทฤษฎีนี้เป็นเรื่องง่าย แต่ในทางปฏิบัติการบำบัดด้วยยีนเป็นไปตามเทคโนโลยีที่ซับซ้อนมากที่สุดสำหรับการทำงานกับวัตถุของไมโครเวฟและเป็นการรวมกันของความรู้ขั้นสูงในสาขาชีววิทยาระดับโมเลกุล

ผู้อำนวยการฝ่ายพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพของ Marlin Biotech กล่าวว่า "ยีน dystrophin ซึ่งการกลายพันธุ์ของ Duchenne ทำให้กล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือดเป็นเรื่องใหญ่" Ph.D. in Biology Vadim Zhernovkov ผู้อำนวยการฝ่ายพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพกล่าว ในนวนิยาย "สงครามและสันติภาพ"และลองนึกดูว่าเราได้ดึงเอาหน้าสำคัญบางอย่างออกจากมหากาพย์ หากมีการอธิบายเหตุการณ์ที่สำคัญในหน้าเว็บเหล่านี้ความเข้าใจหนังสืออาจเป็นเรื่องยาก แต่ยีนมีความซับซ้อนมากขึ้น การค้นหาสำเนาของสงครามและสันติภาพอื่น ๆ ทำได้ง่ายแล้วจะสามารถอ่านหน้าเว็บที่ขาดหายไปได้ แต่ยีน dystrophin อยู่ในโครโมโซม X และในผู้ชายมันเป็นคนเดียว ดังนั้นในโครโมโซมเพศในเด็กผู้ชายจะมีเพียงสำเนาเดียวของยีนที่เก็บไว้เมื่อแรกเกิด ไม่มีที่อื่นที่จะใช้

สุดท้ายเมื่อสังเคราะห์โปรตีนจาก RNA เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องรักษากรอบการอ่าน กรอบการอ่านกำหนดว่ากลุ่มของสาม nucleotides ถูกอ่านเป็น codon ซึ่งสอดคล้องกับกรดอะมิโนหนึ่งตัวในโปรตีน หากมีการลบยีนของส่วนดีเอ็นเอที่ไม่ใช่เลขสาม nucleotides การเปลี่ยนกรอบการอ่านเกิดขึ้น – การเข้ารหัสจะเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งอาจเทียบได้กับสถานการณ์เมื่อหน้ากระดาษขาดหายไปในหนังสือที่เหลือทั้งหมดจดหมายทั้งหมดจะถูกแทนที่ด้วยข้อความถัดไปตามลำดับตัวอักษร รับคำพูดไม่ถูกต้อง นั่นคือสิ่งเดียวกันกับโปรตีนสังเคราะห์ที่ไม่ถูกต้อง "

ปูนปั้นชีวโมเลกุล

หนึ่งในวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการยีนบำบัดเพื่อฟื้นฟูการสังเคราะห์โปรตีนตามปกติคือการข้ามไปของ exons โดยใช้ลำดับเบสสั้น ๆใน Marlin Biotech เทคโนโลยีของการทำงานร่วมกับยีน dystrophin ได้รับการพัฒนาขึ้นโดยใช้วิธีนี้แล้ว เป็นที่รู้จักกันในกระบวนการถอดความ (สังเคราะห์อาร์เอ็นเอ) ที่เรียกว่า prematrix RNA ถูกสร้างขึ้นครั้งแรกประกอบด้วยทั้งภูมิภาคการเข้ารหัสโปรตีน (exons) และไม่ใช่รหัส (introns) ถัดไปขั้นตอนการ splicing เริ่มต้นขึ้นในระหว่างที่ introns และ exons ถูกแยกออกจากกันและเกิด RNA "mature" ซึ่งประกอบไปด้วย exons เท่านั้น ณ จุดนี้ exons บางอย่างสามารถถูกบล็อก "ปกคลุม" ด้วยความช่วยเหลือของโมเลกุลพิเศษ ดังนั้นใน RNA ที่เป็นผู้ใหญ่จะไม่มีพื้นที่เข้ารหัสที่เราต้องการกำจัดทิ้งและทำให้กรอบการอ่านถูกเรียกคืนโปรตีนจะถูกสังเคราะห์ขึ้น

"เราได้แก้ปัญหาเทคโนโลยีนี้แล้ว ในหลอดทดลอง, – Vadim Zhernovkov กล่าวว่า – นั่นคือเกี่ยวกับเซลล์เพาะเลี้ยงที่เติบโตขึ้นจากเซลล์ของผู้ป่วยที่มีภาวะพรุนของ Duchenne แต่เซลล์แต่ละตัวไม่ใช่สิ่งมีชีวิต เมื่อกระบวนการบุกรุกเซลล์เราต้องดูผลกระทบอยู่ แต่ก็ไม่สามารถเกี่ยวข้องกับคนในการทดสอบด้วยเหตุผลต่างๆจากจริยธรรมไปสู่องค์กร ดังนั้นจึงจำเป็นที่จะต้องได้รับรูปแบบของ Duchenne myodystrophy กับการกลายพันธุ์บางอย่างขึ้นอยู่กับสัตว์ทดลอง.

วิธีการแทง microworld

หนูดัดแปลงพันธุกรรมช่วยให้คุณสามารถสร้างแบบจำลองชีวิตของโรคทางพันธุกรรมของมนุษย์ที่รุนแรงได้ คนควรจะขอบคุณสิ่งเล็ก ๆ เหล่านี้

สัตว์ที่มีการเปลี่ยนถ่ายเป็นสัตว์ที่ได้รับในห้องปฏิบัติการในจีโนมที่มีการเปลี่ยนแปลงโดยเจตนาและจงใจ ย้อนกลับไปในยุค 70 ของศตวรรษที่ผ่านมามันก็กลายเป็นที่ชัดเจนว่าการสร้าง transgenes เป็นวิธีที่สำคัญที่สุดสำหรับการศึกษาการทำงานของยีนและโปรตีน หนึ่งในวิธีแรกในการได้รับสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมอย่างสมบูรณ์คือการฉีดดีเอ็นเอเข้าสู่ pronucleus ("สารตั้งต้นของนิวเคลียส") ของ zygotes ของไข่ที่ปฏิสนธิ นี่เป็นเหตุผลเพราะมันเป็นเรื่องง่ายที่สุดที่จะแก้ไขจีโนมของสัตว์ที่จุดเริ่มต้นของการพัฒนา

อัญมณีอิจฉา การฉีดดีเอ็นเอเข้าสู่ pronucleus zygote เป็นเทคโนโลยี transgenic ที่เก่าแก่ที่สุดและเก่าแก่ที่สุด การฉีดยาทำได้ด้วยตนเองโดยใช้เข็มที่มีขนาดเล็กกว่ากล้องจุลทรรศน์ที่มีการขยาย 400 เท่า

การฉีดเข้าไปในแกนของตัวอ่อนเป็นขั้นตอนที่ไม่มีความสำคัญมากเพราะเรากำลังพูดถึงกล้องจุลทรรศน์ เซลล์ไข่ของเมาส์มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 100 μmและ pronucleus คือ 20 μm การดำเนินการจะเกิดขึ้นภายใต้กล้องจุลทรรศน์ที่มีการขยาย 400 เท่า แต่การฉีดเป็นงานที่ใช้งานได้มากที่สุดแน่นอนว่าสำหรับ "การฉีด" ไม่ได้ใช้เข็มฉีดยาแบบดั้งเดิม แต่เป็นเข็มแก้วพิเศษที่มีช่องภายในกลวงซึ่งจะมีการรวบรวมยีน ปลายด้านหนึ่งสามารถถือไว้ในมือและอีกอัน – บางเฉียบและคม – แทบจะมองไม่เห็นได้ด้วยตาเปล่า แน่นอนว่าการก่อสร้างที่บอบบางของแก้ว borosilicate ไม่สามารถเก็บไว้ได้เป็นเวลานานดังนั้นจึงมีชุดของช่องว่างไว้ในห้องปฏิบัติการซึ่งจะดึงออกมาจากเครื่องพิเศษก่อนงาน ระบบพิเศษของการถ่ายภาพคมชัดของเซลล์โดยไม่มีการย้อมสีใช้ – การแทรกแซงกับ pronucleus เองเป็นบาดแผลและเป็นปัจจัยเสี่ยงสำหรับการอยู่รอดของเซลล์ สีจะเป็นอีกปัจจัยหนึ่งเช่นกัน โชคดีที่ไข่มีความหวงแหนมาก แต่จำนวน zygotes ที่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ของสัตว์มีเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ของจำนวนไข่ทั้งหมดที่มีการฉีดดีเอ็นเอ

ขั้นตอนต่อไปคือการผ่าตัด การผ่าตัดดำเนินการในการปลูกถ่าย zygotes แบบ microinjected ลงในช่องทางท่อนำไข่ของเมาส์ผู้รับซึ่งจะกลายเป็นแม่ของตัวแทนไปสู่อนาคต transgeneจากนั้นสัตว์ทดลองจะผ่านวัฏจักรการตั้งครรภ์โดยวิธีธรรมชาติและลูกหลานจะเกิด โดยปกติในครอกประมาณ 20% ของหนูพันธุ์ซึ่งบ่งบอกถึงความไม่สมบูรณ์ของวิธีด้วยเนื่องจากมีองค์ประกอบขนาดใหญ่เป็นแบบ randomness ด้วยการฉีดยานักวิจัยไม่สามารถควบคุมได้ว่าชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่แทรกจะรวมเข้าไปในจีโนมของสิ่งมีชีวิตในอนาคต มีความเป็นไปได้สูงที่จะมีการผสมผสานดังกล่าวซึ่งจะนำไปสู่การตายของสัตว์ในระยะตัวอ่อน อย่างไรก็ตามวิธีการนี้ใช้ได้ดีและเหมาะกับวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์หลายอย่าง

ดีเอ็นเอกรรไกร

แต่มีวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นตามการแก้ไขจีโนมเป้าหมายโดยใช้เทคโนโลยี CRISPR / Cas9 "วันนี้ชีววิทยาโมเลกุลค่อนข้างคล้ายกับยุคของการเดินทางทางทะเลที่ห่างไกลภายใต้การแล่นเรือ" Vadim Zhernovkov กล่าว "เกือบทุกปีการค้นพบที่สำคัญเกิดขึ้นในวิทยาศาสตร์นี้ที่สามารถเปลี่ยนแปลงชีวิตของเราได้ตัวอย่างเช่นเมื่อหลายปีก่อนนักจุลชีววิทยาได้ค้นพบ , เชื้อแบคทีเรียที่ศึกษามีภูมิคุ้มกันต่อการติดเชื้อไวรัสอันเป็นผลมาจากการวิจัยต่อไปพบว่าดีเอ็นเอของแบคทีเรียมี loci เฉพาะ (CRISPR)จากที่มีการสังเคราะห์เศษ RNA ซึ่งสามารถจับคู่กับกรดนิวคลีอิกของธาตุต่าง ๆ เช่น DNA หรือ RNA ของไวรัส โปรตีน Cas9 ซึ่งเป็นเอนไซม์นิวเคลียสเชื่อมโยงกับ RNA นี้ RNA ทำหน้าที่เป็นคู่มือ Cas9 ที่ระบุบริเวณเฉพาะของดีเอ็นเอที่ nuclease ทำให้เกิดการตัด ประมาณสามถึงห้าปีที่ผ่านมาเอกสารทางวิทยาศาสตร์ฉบับแรกปรากฏว่าเทคโนโลยี CRISPR / Cas9 ได้รับการพัฒนาเพื่อการแก้ไขจีโนม "

โปรตีนตัด แผนภาพแสดงกระบวนการ CRISPR / Cas9 ซึ่งเกี่ยวข้องกับ RNA ย่อย (sgRNA) ส่วนที่ทำหน้าที่เป็นคำแนะนำ RNA รวมทั้งโปรตีนคาร์นัสไฮโดรเจนซึ่งจะตัดผ่านทั้งสองสายของดีเอ็นเอของจีโนมในคู่มือ RNA ที่ระบุไว้

เมื่อเทียบกับวิธีการแนะนำโครงสร้างสำหรับการแทรกแบบสุ่มวิธีใหม่ช่วยให้คุณสามารถเลือกองค์ประกอบของระบบ CRISPR / Cas9 เพื่อกำหนดเส้นทางเป้าหมาย RNA ไปยังส่วนที่ถูกต้องของจีโนมและทำให้เกิดการลบเป้าหมายหรือการแทรกลำดับดีเอ็นเอที่ต้องการ ข้อผิดพลาดยังเป็นไปได้ในวิธีนี้ (คำแนะนำ RNA บางครั้งไม่ได้เชื่อมต่อกับภูมิภาคที่มีวัตถุประสงค์) อย่างไรก็ตามการใช้ CRISPR / Cas9 ประสิทธิภาพในการสร้างตัวยีนส์อยู่ที่ประมาณ 80% แล้ว"วิธีการนี้มีเป้าหมายในวงกว้างไม่ใช่เฉพาะในการสร้าง transgenes แต่ยังอยู่ในพื้นที่อื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการบำบัดด้วยยีน" Vadim Zhernovkov กล่าว "อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีนี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้นและคิดว่าในอนาคตอันใกล้นี้จะสามารถแก้ไขยีนได้ รหัสของคนจะค่อนข้างยากกับ CRISPR / Cas9 ตราบเท่าที่มีความเป็นไปได้ของข้อผิดพลาดมีอันตรายที่คนจะสูญเสียบางส่วนที่สำคัญการเขียนโปรแกรมของจีโนม.

ยานม

การพัฒนาเทคโนโลยีดัดแปรพันธุกรรมช่วยให้สามารถผลิตโปรตีนจากสัตว์ที่อุตสาหกรรมยาต้องการได้ โปรตีนเหล่านี้ถูกสกัดจากนมแพะและโคนม นอกจากนี้ยังมีเทคโนโลยีสำหรับการหาโปรตีนเฉพาะจากไข่ไก่

บริษัท Marlene Biotech ของรัสเซียสามารถสร้างเมาส์ยีนที่มีการกลายพันธุ์ซึ่งนำไปสู่ภาวะพร่องของ Duchenne ได้อย่างเต็มที่และขั้นตอนต่อไปก็คือการทดสอบเทคโนโลยีการบำบัดด้วยยีน อย่างไรก็ตามการสร้างรูปแบบของโรคทางพันธุกรรมของมนุษย์ขึ้นอยู่กับสัตว์ในห้องปฏิบัติการไม่ได้เป็นเพียงการใช้ transgenes เท่านั้น ดังนั้นในห้องทดลองของรัสเซียและเวสเทิร์จึงมีการดำเนินงานด้านเทคโนโลยีชีวภาพซึ่งจะทำให้ได้รับโปรตีนจากสัตว์ที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมเภสัชภัณฑ์ในฐานะผู้ผลิตสามารถนำวัวหรือแพะมาใช้ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์เพื่อการผลิตโปรตีนที่มีอยู่ในนมได้ โปรตีนจากสมุนไพรสามารถสกัดได้จากนมซึ่งไม่ได้มาจากสารเคมี แต่ใช้กลไกทางธรรมชาติซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพของยา ปัจจุบันเทคโนโลยีได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อผลิตโปรตีนจากสมุนไพรเช่น lactoferrin, prourokinase, lysozyme, atrin, antithrombin และอื่น ๆ


Like this post? Please share to your friends:
ใส่ความเห็น

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: