2023 Հեղինակ: Sophia Otis | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-05-21 01:49
Միայն ամիսներ անց այն բանից հետո, երբ գիտնականները վերծանեցին Drosophila (մրգաճանճի) գենոմի ամբողջական հաջորդականությունը, մի զույգ կենսաբաններ, որոնք ֆինանսավորվում են Ընդհանուր բժշկական գիտությունների ազգային ինստիտուտի կողմից, հասել են ևս մեկ նշանակալից հանգրվանի. գեներ.
«Սա մի բան է, որ Drosophila-ի գիտնականները ցանկանում էին անել 20 տարի», - ասում է դոկտոր Քենթ Գոլիչը Յուտայի համալսարանից, ով արդյունքները հրապարակել է հունիսի 16-ի Science ամսագրի համարում հետդոկտորական դոկտոր Յիկանգ Ռոնգի հետ միասին:.
Այսպես կոչված «նոկաուտ» տեխնոլոգիան հզոր լաբորատոր մեթոդ է, որը սովորաբար օգտագործվում է որոշ այլ մոդելային համակարգերի հետ աշխատող գիտնականների կողմից, ինչպիսիք են խմորիչները և մկները:Սակայն տեխնոլոգիան շատ բաց է թողել աշխարհի հազարավոր հետազոտողները, ովքեր օգտագործում են մրգային ճանճերը որպես հետազոտական գործիք՝ ուսումնասիրելու բույսերի և կենդանիների, այդ թվում՝ մարդկանց կենսաբանության առեղծվածները::
Նոր տեխնիկան ճանճերի հետազոտողներին առաջարկում է պտղի ճանճի գենոմի 13 601 գեների գործառույթները տարանջատելու հնարավորություն: Կարևոր գեներով բնությունը ցուցաբերել է տնտեսության նուրբ զգացողություն. մարդկային 289 գեներից 177-ը, որոնք, ինչպես հայտնի է, «սխալ գրելու» դեպքում մարդկանց մոտ հիվանդություններ են առաջացնում, ուղիղ նմաններ ունեն::
Տասնամյակներ շարունակ ճանճերի գենետիկները խաչասերել են ճանճերի շտամներ՝ նրանց գեներն ուսումնասիրելու համար: Սակայն մինչ այժմ գիտնականները միջոց չեն ունեցել թիրախավորելու ճանճերի հետաքրքրող գենը՝ անջատելով կամ «մուտացիայով» այդ գենը:
Նոր աշխատանքի շնորհիվ այս գիտնականներն այժմ անում են:
Ըստ բժիշկ Գոլիչի՝ ճանճերի գեները տապալելը ամենևին էլ վստահ խաղադրույք չէր: «Ամենևին պարզ չէր, որ դա կաշխատի… մենք գլուխներս քորում էինք, թե ինչպես գումար գտնել այս փորձարկումներն անելու համար», - ասաց նա:
Դոկտ. Գոլիչի գումարը ստացվել է NIGMS-ի հատուկ ֆինանսավորման ծրագրից՝ «բարձր ռիսկային, բարձր ազդեցության» դրամաշնորհների կամ R21-ների, ինչպես դրանք կոչվում են NIGMS-ում: R21-ի կողմից ֆինանսավորվող հետազոտական նախագծերը ներառում են բարձր ռիսկային փորձեր, որոնք հաճախ քիչ օժանդակ տվյալներ ունեն, սակայն հաջողության դեպքում զգալի գիտական արդյունք կունենան:
Ըստ NIGMS-ի մոլեկուլային կենսաբան, դոկտոր Փոլ Վուլֆի, Մրգային ճանճերի գեների ոչնչացումը համապատասխանում է օրենքին: «Սա հաջողակ R21-ի ակնառու օրինակ է», - ասաց նա:
Դա է պատճառներից մեկը, որ ճանճերի հետազոտման համայնքն այսքան երկար ժամանակ մնացել է առանց նոկաուտի տեխնոլոգիայի, ավելացրեց դոկտոր Վուլֆը: «Ոչ ոք չցանկացավ սուզվել և ռիսկի դիմել», - ասաց նա: «Քենթ Գոլիչն արեց, և ստացվեց»:
Թակող ճանճերի գեները շուրջ
Հետազոտողները սովորաբար օգտագործում են նոկաուտ տեխնոլոգիա՝ ստեղծելու «մուտանտ» օրգանիզմներ, որոնք պարունակում են որոշակի գենի սխալ գրված և հետևաբար ոչ ակտիվ տարբերակ, որն ազդում է վարքագծի կամ այլ հատկանիշների վրա, օրինակ՝ վերարկուի գույնի վրա:Մեթոդը հետազոտողներին հնարավորություն է տալիս տեսնել, թե ինչ է տեղի ունենում, երբ գենը բացակայում է։
Սակայն դոկտոր Գոլիչի տեխնիկան կարող է գնալ ցանկացած ճանապարհով. նրա մեթոդը կարող է օգտագործվել նաև անսարք գեները շտկելու կամ «դրանք թակելու» համար՝ թերի գենը փոխարինելով ճիշտ գրվածով: Սա գենային թերապիայի հիմքում ընկած հիմնական սկզբունքն է՝ գենի «սխալ» պատճենից ազատվելու և այն «ճիշտ»ով փոխարինելու ունակությունը։
Դա իրականում այն է, ինչ Դոկտ. Գոլիկը և Ռոնգը վարվեցին մրգային ճանճերի հետ՝ աշխատելով ճանճի մարմնի գույնի գենի հետ, որը կոչվում է «դեղին»: Երկու գիտնականները վերցրել են գունատ ճանճերի հեշտությամբ ճանաչելի շտամ, որոնք, ինչպես հայտնի է, մարմնի գույնի գենում ունեն ուղղագրական սխալ, որը նորմալ ճանճերին տալիս է դարչնագույն-սև երանգ: Նրանց նպատակն էր ապացուցել, որ իրենց մեթոդը հեշտությամբ կարող է օգտագործվել գեների փոխանակման համար՝ «թակելով» մարմնի գույնի գենի ճիշտ տարբերակը, որը մուտանտ ճանճերին կրկին շագանակագույն կդարձներ::
Դոկտ. Գոլիկի և Ռոնգի նոկաուտ/ինտիմ տեխնիկան կախված է ընդհանուր մոլեկուլային թելից, որն անցնում է կենսաբանական թագավորության միջով. ԴՆԹ-ի կոտրված կտորները երկար չեն կախված, դրանք արագ «վերամիավորվում են» կամ նորից կարվում գենոմի մեջ:
Դոկտ. Ռոնգը կապիտալացրեց ճանճերի մոլեկուլային զրահի այս բեկորը՝ պատճառաբանելով, որ եթե նա կարողանա դիտավորյալ ձևավորել մարմնի գույնի «դեղին» գենի առանց սխալների տարբերակը, որը պարունակում է կոտրված ծայրեր, ապա այս նորմալ գենը կվերամիավորվի և կփոխարինի գրեթե նույնական մուտանտի տարբերակը։ նույն մարմնի գույնի գենը, որը նստած է ճանճերի ԴՆԹ-ում: Դա տեղի է ունենում հեշտությամբ, քանի որ միայն նույն (կամ գրեթե նույնական) հաջորդականությամբ գեներն են ճանաչում միմյանց՝ ինքնաբերաբար վերամիավորվելու համար՝ արդյունավետորեն փոխելու տեղերը միմյանց հետ:
Մարմնի գույնի գենի ճիշտ տարբերակը «թակելու» և դեղին ճանճերին վերադարձնելու իրենց սովորական շագանակագույնը. Գոլիկը և Ռոնգը վերցրել են մարմնի գույնի գենի սովորական, առանց սխալների տարբերակը և այն մի փոքր փոփոխել են թակելու ընթացակարգի համար:
Միակ բանը, որ տարբերվում է մարմնի գույնի նորմալ գենից, որից բժիշկները. Գոլիկը և Ռոնգը օգտագործվել են մոլեկուլային «կտրող հրահանգների» առկայության պատճառով, որոնք թույլ են տվել գենը կտրել մասնագիտացված զույգ ֆերմենտների միջոցով, որոնք հետազոտողները նաև նախագծել են ճանճերի մեջ:
Այնուհետև թիմը գենը փոխանցեց ճանճերի փորձնական խմբին:
Ռազմավարությունը, որը նրանք օգտագործում էին դա անելու համար, ստանդարտ ճանճերի հետազոտողների շրջանում, գենը պատահականորեն տեղադրում է թռչող քրոմոսոմների մեջ, ինչը ճանճերի մեջ գեներ ներմուծելու ներկայիս մեթոդի թերությունն է: Այս հիմնական սահմանափակումը նախկինում խանգարել է ճանճերի հետազոտողներին, քանի որ այն թույլ չի տալիս փոխարինել գեները, միայն ավելացնել գեները, և ոչ մի կոնկրետ վայրում:
Դոկտ. Այնուհետև Գոլիկը և Ռոնգը նույն ճանճերի մեջ ներկայացրեցին անհրաժեշտ մոլեկուլային կարի գործիքներ արտադրելու հրահանգներ՝ երկու տարբեր զույգ գենետիկ «մկրատներ»: Դրանցից մեկը կտրում է տեղադրված գենը ճանճերի ԴՆԹ-ի իր պատահական դիրքից, այնուհետև գենը կարում է շրջանագծի մեջ: Մեկ այլ զույգ մկրատ նախատեսված է ԴՆԹ-ի այս շրջանակը կտրելու համար՝ առաջացնելով «պատռված» ծայրեր: Մկրատների վրա կառավարելու համար թիմը մշակել է մկրատի գենը, որպեսզի այն հնարավոր լինի միացնել ջերմության կարճ զարկերից հետո (կոչվում է «ջերմային ցնցում»):
Սխալ մարմնի գույնի գենը ճիշտ գենը փոխարինելու համար, Դոկտ. Գոլիկը և Ռոնգը տաքացրեցին ճանճերը՝ միացնելով մոլեկուլային մկրատը և առաջացնելով կտրվածքի իրադարձությունների կասկադը, որը ավարտվեց մարմնի գույնի նորմալ գենի ԴՆԹ-ի մի զույգ կոտրված ծայրերով: Ճանճերի բջջային մեքենան արագ արձագանքեց՝ ուղղորդելով կոտրված ծայրով գենը կարել ճանճերի գենոմի մեջ և փոխարինելով գենի նախկին, սխալ պատճենը լաբորատոր նախագծված ճիշտ տարբերակով::
Voila - ճանճերի հաջորդ սերունդը, որը պարունակում է մարմնի գույնի գենի նորմալ տարբերակը, դարձել է դարչնագույն:
Նույն ռազմավարությունը, իհարկե, կարող է նույնքան հեշտությամբ շրջվել, որպեսզի ճանճերի հետազոտողները կարողանան ստեղծել մուտանտ ճանճեր, որոնք պարունակում են մեկ սխալ պատճեն, որը նախատեսված է փոխարինելու ցանկացած գենի ճիշտ պատճենը, որը նրանք ցանկանում են ուսումնասիրել: Նման մոտեցումը գիտնականներին հնարավորություն է տալիս որոշել գեների գործառույթները, որոնց հաջորդականությունը միայն հայտնի է, և դրանք կազմում են ճանճերի գեների ճնշող մեծամասնությունը:
