Penyuntingan dan Rekayasa Genom

Rekayasa genom mengubah pembacaan DNA menjadi penulisan ulang, menggunakan alat yang dapat diprogram yang memotong DNA pada situs yang dipilih sehingga sekuens dapat dihapus, dikoreksi, atau disisipkan dengan presisi.

Definition

Penyuntingan genom adalah perubahan DNA organisme yang ditargetkan pada situs yang dipilih menggunakan nuklease yang dapat diprogram, yang paling menonjol adalah sistem CRISPR-Cas, di mana RNA pemandu mengarahkan enzim untuk memotong sekuens yang cocok.

Scope

Topik ini mencakup dasar-dasar teknologi DNA rekombinan, nuklease bertarget yang mendahului CRISPR, sistem CRISPR-Cas9 dan bagaimana RNA pemandu mengarahkan pembelahan, jalur perbaikan yang menyelesaikan penyuntingan, penyuntingan basa dan primer, serta aplikasi utama dan pertimbangan etis dalam penyuntingan genom. Ini membahas modifikasi genom yang disengaja; sumber alami perubahan sekuens dibahas di bawah mutasi dan rekombinasi.

Core questions

• Bagaimana RNA pemandu mengarahkan enzim Cas9 ke sekuens DNA tertentu?
• Bagaimana jalur perbaikan seluler mengubah potongan yang ditargetkan menjadi penghapusan atau koreksi yang tepat?
• Bagaimana penyuntingan basa dan primer mengubah DNA tanpa membuat kerusakan untai ganda?
• Aplikasi dan masalah etika apa yang muncul dari kemampuan untuk menyunting genom?

Key concepts

• DNA rekombinan dan nuklease bertarget sebelumnya
• CRISPR-Cas9 dan penargetan RNA-pemandu
• Perbaikan oleh penyambungan ujung non-homolog dan perbaikan yang diarahkan homologi
• Penyuntingan basa dan penyuntingan primer
• Aplikasi dan etika penyuntingan

Mechanisms

Dalam penyuntingan CRISPR, RNA pemandu pendek berpasangan basa dengan sekuens DNA target dan memposisikan nuklease Cas9 untuk memotong kedua untai; sel kemudian memperbaiki kerusakan baik dengan penyambungan ujung yang rawan kesalahan, yang dapat mengganggu gen, atau dengan perbaikan yang diarahkan homologi menggunakan templat yang disediakan, yang dapat memasang perubahan yang tepat, sementara penyunting basa dan primer secara kimiawi mengubah atau menulis ulang basa tanpa kerusakan untai ganda penuh.

Clinical relevance

Penyuntingan genom telah menghasilkan terapi yang disetujui untuk kelainan darah bawaan, mendorong penelitian untuk mengoreksi mutasi penyebab penyakit dan merekayasa terapi sel, serta menimbulkan pertanyaan etis yang signifikan, terutama seputar penyuntingan germline manusia yang dapat diwariskan; entri ini bersifat edukasi dan bukan panduan untuk penggunaan klinis.

History

Teknik DNA rekombinan pada tahun 1970-an pertama kali memungkinkan gen dipotong dan disambungkan, nuklease zinc-finger dan TALEN membawa penargetan yang dapat diprogram pada tahun 2000-an, dan demonstrasi tahun 2012 bahwa CRISPR-Cas9 dapat diprogram dengan RNA pemandu membuat penyuntingan yang tepat menjadi sederhana dan meluas, yang mengantarkan Doudna dan Charpentier meraih Hadiah Nobel Kimia 2020.

Debates

Penyuntingan germline manusia yang dapat diwariskan

Penyuntingan embrio atau sel germinal akan mewariskan perubahan ke generasi mendatang, menimbulkan pertanyaan yang belum terpecahkan tentang keamanan, persetujuan, kesetaraan, dan batas antara pengobatan dan peningkatan; sebagian besar otoritas saat ini menganggap penyuntingan germline klinis sebagai prematur dan sarat etika.

Key figures

• Jennifer Doudna
• Emmanuelle Charpentier
• Feng Zhang

Seminal works

• jinek2012

Frequently asked questions

Bagaimana CRISPR tahu di mana harus memotong?

RNA pemandu pendek membawa sekuens yang cocok dengan target yang dimaksud; ia berpasangan basa dengan DNA tersebut dan membawa enzim Cas9 ke tempat yang tepat, sehingga mengubah RNA pemandu memprogram ulang sistem untuk memotong sekuens yang berbeda.

Apakah penyuntingan CRISPR selalu presisi?

Penyuntingan dapat memiliki efek di luar target dan perbaikan potongan tidak sepenuhnya dapat dikendalikan, itulah sebabnya pendekatan yang lebih baru seperti penyuntingan basa dan primer bertujuan untuk presisi yang lebih besar dan mengapa evaluasi keamanan menjadi pusat dari setiap penggunaan terapeutik.