Ero sivun ”CRISPR” versioiden välillä

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
Selaa historiaa interaktiivisesti
[katsottu versio][arvioimaton versio]
← Vanhempi muutosUudempi muutos →
Poistettu sisältö Lisätty sisältö
VisuaalinenWikiteksti
Ei muokkausyhteenvetoa
laajensin artikkelia
Rivi 1: Rivi 1:
[[File: CAS 4qyz.png|thumb|CRISPR.]]
[[File: CAS 4qyz.png|thumb|''E. Coli'' Cas-proteiini (sinisellä) kiinni yksijuosteisessa DNA:ssa (oranssilla).]]
'''CRISPR''' eli '''Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats''' ovat [[DNA]]-jaksoja, jotka muodostavat bakteerin alkeellisen [[Immuunipuolustus|immuunipuolustuksen]].<ref>{{Verkkoviite|nimeke = Syöpähoitoja, malarian loppu ja mahdollisuus maailman pahimpaan biovahinkoon: Crispr tulee - Suomenkuvalehti.fi|osoite = http://suomenkuvalehti.fi/jutut/tiede/syopahoitoja-malarian-loppu-mahdollisuus-maailman-pahimpaan-biovahinkoon-crispr-tulee/?shared=308432-ba8aed1b-500|julkaisu = Suomenkuvalehti.fi|viitattu = 2016-01-31|kieli = fi-FI}}</ref>


'''CRISPR''' eli '''Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats''' ovat [[DNA]]-jaksoja, jotka muodostavat useiden [[Bakteerit|bakteerien]] ja valtaosan [[Arkeonit|arkkien]] alkeellisen [[Immuunijärjestelmä|immuunipuolustuksen]] bakteeriviruksia, eli [[Bakteriofagi|bakteriofaageja]], vastaan. Näihin jaksoihin ja Cas-[[Proteiini|proteiineihin]] (CRISPR associated protein) pohjautuvia [[Geenimuuntelu|geenimuuntelutekniikoita]] on kehitetty.<ref name="pmid16292354">{{cite journal | vauthors = Haft DH, Selengut J, Mongodin EF, Nelson KE | title = A guild of 45 CRISPR-associated (Cas) protein families and multiple CRISPR/Cas subtypes exist in prokaryotic genomes | journal = PLoS Computational Biology | volume = 1 | issue = 6 | pages = e60 | date = November 2005 | pmid = 16292354 | pmc = 1282333 | doi = 10.1371/journal.pcbi.0010060 | bibcode = 2005PLSCB...1...60H }}</ref>
⚫
== Lähteet ==

CRISPR systeemejä on useita, mutta kukin koostuu mm. nukleaaseina (DNA:ta pilkkovina proteiineina) toimivia Cas-proteiineja koodaavasta cas-sekvenssistä ja "muistina" toimivasta CRISPR-sekvenssista, jota käytetään bakteriofaagien vieraan [[Genomi|perimän]] tunnistukseen ja tallettamiseen. Cas1 ja Cas2 ovat kaikissa luonnosta löydetyissä systeemeissä läsnä.<ref name="pmid24793649">{{cite journal | vauthors = Nuñez JK, Kranzusch PJ, Noeske J, Wright AV, Davies CW, Doudna JA | title = Cas1-Cas2 complex formation mediates spacer acquisition during CRISPR-Cas adaptive immunity | journal = Nature Structural & Molecular Biology | volume = 21 | issue = 6 | pages = 528–34 | year = 2014 | pmid = 24793649 | pmc = 4075942 | doi = 10.1038/nsmb.2820 | url = }}</ref>

[[Infektio|Infektion]] tunnistavat sekvenssit ovat muistissa ''ryppäytyneesti tasaisin välimatkoin toisistaan'' (CRI) bakteerin DNA:ssa. Bakteerit ottavat näihin vain pätkän [[Virukset|viruksen]] perimästä, eikä sen koko genomia. Tunnistussekvenssit erottavat toisistaan ''lyhyet palindromiset toistosekvenssit'' (SPR)<ref name="pmid24793649" />, jotka eivät ole peräisin bakteriofaagin genomista.

==Toiminta luonnossa==

===Aiemmin kohdatun viruksen tunnistus===

[[Image:Crispr.png|thumb|450px|right|Yleisluontoinen kuva prokaryoottien ja arkkien CRISPR systeemistä.<ref name="pmid20056882">{{cite journal | vauthors = Horvath P, Barrangou R | title = CRISPR/Cas, the immune system of bacteria and archaea | journal = Science (New York, N.Y.) | volume = 327 | issue = 5962 | pages = 167–70 | year = 2010 | pmid = 20056882 | doi = 10.1126/science.1179555 | url = }}</ref>]]

1. Kun bakteeriin tuodaan viruksen DNA:ta jolle bakteeri on jo immuuni, tuottaa bakteeri Cas-proteiinin ja CRISPR-sekvenssin alueelta aiemmin talletetun crRNA:n (CRISPR [[RNA]]). crRNA sisältää sekvenssin, joka on komplementaarinen lyhyelle sekvenssille viruksen DNA:ssa.

2. Cas ja crRNA muodostavat kompleksin.

3. kompleksi sitoo viruksen DNA:n komplementaarisen sekvenssin avulla.

4. Cas pilkkoo viruksen DNA:n toimimattomaksi ja estää siten viruksen monistumisen ja bakteerin infektoitumisen.

===Uuden viruksen tunnistus===

1. Kun bakteeriin tuodaan viruksen DNA:ta, jolle bakteeri ei ole immuuni, tuottaa bakteeri Cas1-nukleaasin.

2. Cas1 sitoo jonkin sekvenssin viruksen DNA:sta ja pilkoo sen sopivan pituiseksi pätkäksi.

3. Pätkä insertoidaan CRISPR-alueeseen bakteerin DNA:han pysyvästi. Tällöin bakteeri "muistaa" infektion ja voi puolustautua sitä vastaan.

==Käyttö geenimuuntelussa==

Esimerkiksi CRISPR/Cas9-systeemi on geenimuuntelutekniikka, johon sisältyy yksinkertaisimmillaan vain Cas9-proteiini, Cas9 ohjaukseen käytetty RNA-pätkä ja muuntelun kohteena oleva DNA. Tekniikka toimii elävissä soluissa. Muunteluun osallistuvat komponentit voidaan pistää soluun mikroskooppisen ohuella [[Injektio (lääketiede)|injektioneulalla]].<ref name="pmid27374403">{{cite journal | vauthors = Kelley ML, Strezoska Ž, He K, Vermeulen A, Smith Av | title = Versatility of chemically synthesized guide RNAs for CRISPR-Cas9 genome editing | journal = Journal of Biotechnology | volume = 233 | issue = | pages = 74–83 | year = 2016 | pmid = 27374403 | doi = 10.1016/j.jbiotec.2016.06.011 | url = }}</ref>

Tekniikassa luonnossa normaalisti erillään olevista tracrRNA:sta (trans-activating crRNA) ja crRNA:sta on tuotettu kimeeri, yhtenäinen RNA ohjausjakso. Kimeeriä kutsutaan sgRNA:ksi (single guide RNA) ja se muodostetaan, jotta muuntelussa on vähemmän osallistuvia RNA:ita (2 sijaan 1). sgRNA voidaan tuottaa synteettisesti.<ref name="pmid27374403" />

Luonnossa tracrRNA:n tehtävänä on pitää crRNA:ta paikallaan Cas9:ssä crRNA:n kanssa komplementaarisen sekvenssinsä kanssa. crRNA:ssa puolestaan on normaalisti viruksen tunnistukseen käytetty sekvenssi, mutta sekvenssi on korvattun sgRNA:ssa muuntelun kohteena olevan DNA:n tietyn alueen kanssa komplementaariseksi.<ref name="pmid27374403" />

Cas9 nukleaasi ohjautuu sgRNA:ssa olevan RNA-sekvenssin avulla tiettyyn kohtaan DNA:ssa, tämän kanssa komplementaariseen sekvenssiin. Oikeassa kohdassa ollessaan Cas9 leikkaa DNA:n tietystä kohtaa. Tätä voidaan käyttää ns. knock-out muunteluun, jossa tarkastellaan geenien inaktivaation vaikutusta soluun tai suurempaankin eliöön. Solu pyrkii korjaamaan katkoksen ja liittämään DNA-pätkät yhteen. Vaihtoehtoisesti katkokseen voidaan useimmiten insertoida halutunlainen geeni.<ref name="pmid27374403" />

CRISPR/Cas9-menetelmässä täytyy periaatteessa vain ensin selvittää geenimuuntelun kohteena olevan DNA:n sekvenssi [[Sekvensointi|sekvensoimalla]].

Moniin muihin geenimuuntelutekniikoihin verrattuna CRISPR/cas9 on äärettömän tarkka, laajalti sovellettavissa, halpa ja yksinkertainen käyttää. Tekniikka on viime vuosina mullistanut geenimuuntelua ja geenitutkimusta suuresti.<ref>{{cite web|url = http://www.nature.com/news/crispr-the-disruptor-1.17673|title = Biologists create more precise molecular scissors for genome editing|accessdate = 4 Joulukuuta 2016}}</ref><ref>{{cite web|url = http://news.vanderbilt.edu/2014/08/new-technique-accelerates-genome-editing-process/|title = New technique accelerates genome editing process|date = 21 Elokuuta 2014|accessdate = 4 Joulukuuta 2016|website = research news @ Vanderbilt|publisher = Vanderbilt University|last = Snyder|first = Bill | name-list-format = vanc | location = Nashville, Tennessee}}</ref>

⚫
==Lähteet==
{{Viitteet}}
{{Viitteet}}


Versio 4. joulukuuta 2016 kello 23.25

E. Coli Cas-proteiini (sinisellä) kiinni yksijuosteisessa DNA:ssa (oranssilla).

CRISPR eli Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats ovat DNA-jaksoja, jotka muodostavat useiden bakteerien ja valtaosan arkkien alkeellisen immuunipuolustuksen bakteeriviruksia, eli bakteriofaageja, vastaan. Näihin jaksoihin ja Cas-proteiineihin (CRISPR associated protein) pohjautuvia geenimuuntelutekniikoita on kehitetty.[1]

CRISPR systeemejä on useita, mutta kukin koostuu mm. nukleaaseina (DNA:ta pilkkovina proteiineina) toimivia Cas-proteiineja koodaavasta cas-sekvenssistä ja "muistina" toimivasta CRISPR-sekvenssista, jota käytetään bakteriofaagien vieraan perimän tunnistukseen ja tallettamiseen. Cas1 ja Cas2 ovat kaikissa luonnosta löydetyissä systeemeissä läsnä.[2]

Infektion tunnistavat sekvenssit ovat muistissa ryppäytyneesti tasaisin välimatkoin toisistaan (CRI) bakteerin DNA:ssa. Bakteerit ottavat näihin vain pätkän viruksen perimästä, eikä sen koko genomia. Tunnistussekvenssit erottavat toisistaan lyhyet palindromiset toistosekvenssit (SPR)[2], jotka eivät ole peräisin bakteriofaagin genomista.

Toiminta luonnossa

Aiemmin kohdatun viruksen tunnistus

Yleisluontoinen kuva prokaryoottien ja arkkien CRISPR systeemistä.[3]

1. Kun bakteeriin tuodaan viruksen DNA:ta jolle bakteeri on jo immuuni, tuottaa bakteeri Cas-proteiinin ja CRISPR-sekvenssin alueelta aiemmin talletetun crRNA:n (CRISPR RNA). crRNA sisältää sekvenssin, joka on komplementaarinen lyhyelle sekvenssille viruksen DNA:ssa.

2. Cas ja crRNA muodostavat kompleksin.

3. kompleksi sitoo viruksen DNA:n komplementaarisen sekvenssin avulla.

4. Cas pilkkoo viruksen DNA:n toimimattomaksi ja estää siten viruksen monistumisen ja bakteerin infektoitumisen.

Uuden viruksen tunnistus

1. Kun bakteeriin tuodaan viruksen DNA:ta, jolle bakteeri ei ole immuuni, tuottaa bakteeri Cas1-nukleaasin.

2. Cas1 sitoo jonkin sekvenssin viruksen DNA:sta ja pilkoo sen sopivan pituiseksi pätkäksi.

3. Pätkä insertoidaan CRISPR-alueeseen bakteerin DNA:han pysyvästi. Tällöin bakteeri "muistaa" infektion ja voi puolustautua sitä vastaan.

Käyttö geenimuuntelussa

Esimerkiksi CRISPR/Cas9-systeemi on geenimuuntelutekniikka, johon sisältyy yksinkertaisimmillaan vain Cas9-proteiini, Cas9 ohjaukseen käytetty RNA-pätkä ja muuntelun kohteena oleva DNA. Tekniikka toimii elävissä soluissa. Muunteluun osallistuvat komponentit voidaan pistää soluun mikroskooppisen ohuella injektioneulalla.[4]

Tekniikassa luonnossa normaalisti erillään olevista tracrRNA:sta (trans-activating crRNA) ja crRNA:sta on tuotettu kimeeri, yhtenäinen RNA ohjausjakso. Kimeeriä kutsutaan sgRNA:ksi (single guide RNA) ja se muodostetaan, jotta muuntelussa on vähemmän osallistuvia RNA:ita (2 sijaan 1). sgRNA voidaan tuottaa synteettisesti.[4]

Luonnossa tracrRNA:n tehtävänä on pitää crRNA:ta paikallaan Cas9:ssä crRNA:n kanssa komplementaarisen sekvenssinsä kanssa. crRNA:ssa puolestaan on normaalisti viruksen tunnistukseen käytetty sekvenssi, mutta sekvenssi on korvattun sgRNA:ssa muuntelun kohteena olevan DNA:n tietyn alueen kanssa komplementaariseksi.[4]

Cas9 nukleaasi ohjautuu sgRNA:ssa olevan RNA-sekvenssin avulla tiettyyn kohtaan DNA:ssa, tämän kanssa komplementaariseen sekvenssiin. Oikeassa kohdassa ollessaan Cas9 leikkaa DNA:n tietystä kohtaa. Tätä voidaan käyttää ns. knock-out muunteluun, jossa tarkastellaan geenien inaktivaation vaikutusta soluun tai suurempaankin eliöön. Solu pyrkii korjaamaan katkoksen ja liittämään DNA-pätkät yhteen. Vaihtoehtoisesti katkokseen voidaan useimmiten insertoida halutunlainen geeni.[4]

CRISPR/Cas9-menetelmässä täytyy periaatteessa vain ensin selvittää geenimuuntelun kohteena olevan DNA:n sekvenssi sekvensoimalla.

Moniin muihin geenimuuntelutekniikoihin verrattuna CRISPR/cas9 on äärettömän tarkka, laajalti sovellettavissa, halpa ja yksinkertainen käyttää. Tekniikka on viime vuosina mullistanut geenimuuntelua ja geenitutkimusta suuresti.[5][6]

Lähteet

  1. ↑ "A guild of 45 CRISPR-associated (Cas) protein families and multiple CRISPR/Cas subtypes exist in prokaryotic genomes" (November 2005). PLoS Computational Biology 1 (6): e60. doi:10.1371/journal.pcbi.0010060. PMID 16292354. Bibcode: 2005PLSCB...1...60H. 
  2. ↑ a b "Cas1-Cas2 complex formation mediates spacer acquisition during CRISPR-Cas adaptive immunity" (2014). Nature Structural & Molecular Biology 21 (6): 528–34. doi:10.1038/nsmb.2820. PMID 24793649. 
  3. ↑ "CRISPR/Cas, the immune system of bacteria and archaea" (2010). Science (New York, N.Y.) 327 (5962): 167–70. doi:10.1126/science.1179555. PMID 20056882. 
  4. ↑ a b c d "Versatility of chemically synthesized guide RNAs for CRISPR-Cas9 genome editing" (2016). Journal of Biotechnology 233: 74–83. doi:10.1016/j.jbiotec.2016.06.011. PMID 27374403. 
  5. ↑ Biologists create more precise molecular scissors for genome editing nature.com. Viitattu 4 Joulukuuta 2016.
  6. ↑ New technique accelerates genome editing process 21 Elokuuta 2014. Vanderbilt University. Viitattu 4 Joulukuuta 2016.

Aiheesta muualla

Noudettu kohteesta ”https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=CRISPR&oldid=16103179”