Neue CRISPR-basierte gen-Laufwerke und erweiterte aktive Genetik-Technologien revolutionieren die Art und Weise Wissenschaftler, Ingenieur der übertragung der spezifischen Merkmale von einer generation zur anderen.
Wissenschaftler an der Universität von Kalifornien in San Diego haben jetzt entwickelt eine neue version von einem gen-Antrieb, der die Tür öffnet, um die Verbreitung von bestimmten, günstigeren subtile genetische Varianten, auch bekannt als „Allele,“ der gesamten Bevölkerung.
Die neue „allelic-Laufwerk“ beschrieben 9. April in „Nature Communications“, ist ausgestattet mit einer guide-RNA (gRNA), die leitet das CRISPR-system, schneiden Sie unerwünschte Varianten eines Gens und ersetzen Sie es mit einer bevorzugten version des Gens. Das neue Laufwerk erweitert Wissenschaftler “ Fähigkeit zum ändern von Populationen von Organismen, die mit Präzision Bearbeiten. Mithilfe der word-Verarbeitung als eine Analogie CRISPR-basierte gen-Laufwerke erlauben es Wissenschaftlern, zu Bearbeiten Sätze der genetischen information, während die neue allelische drive bietet letter-by-letter zu Bearbeiten.
In einem Beispiel der möglichen Anwendungen, die spezifische Gene in landwirtschaftliche Schädlinge, die resistent gegen Insektizide ersetzt werden könnten, die durch die natürlichen, ursprünglichen genetischen Varianten verleiht Empfindlichkeit gegenüber Insektiziden mit allelic-Laufwerke, die selektiv vertauschen der Identitäten einer einzigen Eiweiß-Rückstände (Aminosäure).
Zusätzlich zu landwirtschaftlichen Anwendungen, krankheitsübertragenden Insekten könnten ein Ziel für allelic-Laufwerke.
„Wenn wir solche eine Normalisierung der gRNA auf ein gen-Antriebselement, zum Beispiel eine entwickelt zu immunisieren Mücken gegen die malaria, das resultierende Allel-gen-Laufwerk wird die Ausbreitung durch eine Bevölkerung. Wenn diese dual-action-drive trifft auf eine Insektizid-Resistenz-Allel, es wird schneiden und reparieren mit dem wild-Typ anfällig Allel“, sagte Ethan Bier, die neue Papier-senior-Autor. „Das Ergebnis ist, dass fast alle entstehenden Nachkommen werden empfindlich auf Insektizide sowie refraktär auf malaria-übertragung.“
„Zwingt diese Arten die Rückkehr zu Ihrem natürlichen sensiblen Zustand mit allelische Laufwerke würde helfen, brechen eine nach unten Zyklus von immer mehr und umweltschädliche Pestizid-over-Nutzung“, sagte Annabel Guichard, das Papier der erste Autor.
Die Forscher beschreiben zwei Versionen des allelic-Laufwerk, einschließlich „copy-cutting“, in dem die Forscher mithilfe der CRISPR-system, um selektiv schneiden die unerwünschte version eines Gens, und eine breiter anwendbare Fassung bezeichnet als „copy-grafting“, das fördert die übertragung einer bevorzugten Allel neben der Website, die selektiv geschützt von gRNA Spaltung.
„Eine unerwartete Erkenntnis aus dieser Studie ist, dass die Fehler solcher Allel-Laufwerke nicht übertragen auf die nächste generation“, sagte Guichard. „Diese Mutationen produzieren stattdessen eine ungewöhnliche form der Letalität bezeichnet als“ tödliche mosaikbildung.‘ Dieser Prozess hilft bei der allelic-Laufwerke effizienter durch die sofortige Beseitigung von unerwünschten Mutationen erstellt von CRISPR-basierte Laufwerke.“
Obwohl gezeigt in Fruchtfliegen, die neue Technologie hat auch potential für eine Breite Anwendung bei Insekten, Säugetiere und Pflanzen. Nach Angaben der Forscher, mehrere Variationen des allelischen drive-Technologie, die entwickelt werden können durch Kombination von günstigen Eigenschaften in Pflanzen, die, zum Beispiel, gedeihen in Armen Böden und trockene Umgebungen zu helfen, füttern die immer weiter wachsenden Weltbevölkerung.
Über den Umweltbereich hinaus-Anwendungen, allelic-Laufwerke ermöglichen soll next-generation-engineering von Tier-Modellen zur Untersuchung von menschlichen Krankheiten als auch Antworten auf wichtige Fragen in der Grundlagenforschung. Als Mitglied der Tata-Institut für Genetik und Gesellschaft (TIGS), Bier, sagt allelic-Laufwerke verwendet werden könnte, um Beihilfen im Umwelt-und Naturschutz Maßnahmen zum Schutz von gefährdeten endemischen Arten oder stoppen die Ausbreitung von invasiven Arten.
Gen-Festplatten und aktive Genetik-Systeme sind entwickelt für den Einsatz in Säugetieren. Die Wissenschaftler sagen, allelic-Laufwerke beschleunigen könnte neue Labor-Stämme von Tiermodellen für menschliche Krankheiten, die Hilfe bei der Entwicklung neuer Heilmittel.
Andere Autoren des Papiers enthalten: Tisha Haque, Marketta Bobik, Xiang-Ru Xu, Carissa Klanseck, Raja Kushwah, Bhagyashree Kaduskar und Valentino Gantz von UC San Diego Abteilung der Biologischen Wissenschaften und Mateus Berni von der Federal University of Rio de Janeiro, Brasilien.