Ի՞նչ է CRISPR/Cas-ը

Վերջին  տարիներին արագորեն զարգանում է գենոմների փոփոխման CRISPR/Cas տեխնոլոգիան, որը հնարավորություն է տալիս գիտնականներին հեշտությամբ փոփոխել ԴՆԹ-ի հաջորդականությունները, ինչի արդյունքում փոխվում է նաև դրանց ֆունկցիան: CRISPR-ը կիրառվում է հիմնականում գենետիկական դեֆեկտների շտկման, տարածված հիվանդությունների կանխարգելման և բուժման եղանակների մշակման համար:

CRISPR-ը (անգլերենից՝ clustered regularly interspaced short palindromic repeats - կանոնավոր խմբերով դասավորված կարճ պալինդրոմային հաջորդականություններ) բակտերիաների և արքեյների գենոմի յուրահատուկ տեղամաս է, որը պատասխանատու է վիրուսներից, օտարածին ԴՆԹ-ի մասնիկներից այդ միկրոօրգանիզմների պաշտպանության համար:

Գենոմի այդ տեղամասն ընդգրկում է կրկնվող հաջորդականություններ, որոնց միջև գտնվում են այսպես կոչված սփեյսերները: Դրանք էլ օտարածին ԴՆԹ-ի հատվածներն են: Երբ բակտերիան ենթարկվում է վիրուսների հարձակմանը, նրա գենոմի CRISPR տեղամասում ներկառուցվում են նոր սփեյսերներ, որոնք համապատասխանում են վիրուսի ԴՆԹ-ի որոշակի հատվածի: Սփեյսերի ներկառուցումից հետո, երբ նույն վիրուսը կրկին գրոհում է տվյալ բակտերիայի վրա, CRISPR-ի տեղամասի հիման վրա սինթեզվում է ի-ՌՆԹ, որի միջոցով տեղի է ունենում տվյալ վիրուսային ԴՆԹ-ի ճանաչումը: 

Cas9-ը երկշղթա խզում է առաջացնում օտարածին ԴՆԹ-ի թիրախային հաջորդականության (Target sequence) ակտիվ տեղամասում, որը ճանաչվում է ուղղորդող ի-ՌՆԹ-ի միջոցով (Guide RNA)
Նկարի աղբյուրը՝  The Science Diaries

Պաշտպանական գործընթացին մասնակցում են նաև Cas-սպիտակուցները (անգլերենից՝ CRISPR-associated - CRISPR-ին կապակցված): Դրանք ֆերմենտներ են՝ նուկլեազներ, որոնք մոլեկուլային մկրատների դեր են կատարում և կտրում են օտարածին ԴՆԹ-ն որոշակի տեղամասում: Հայտնի են Cas-սպիտակուցների տարբեր տեսակներ, ինչով էլ պայմանավորված է CRISPR/Cas համակարգերի տարբեր տիպերի առկայությունը: Գենային ինժեներիայում CRISPR-ի հետ կիրառվում է Cas9 ֆերմենտը: Այսպիսով, ի-ՌՆԹ-ի միջոցով կատարվում է օտարածին ԴՆԹ-ի ճանաչումը, իսկ Cas9-ը կտրում է այդ ԴՆԹ-ի շղթաները՝ առաջացնելով երկշղթա խզում: Այդ ի-ՌՆԹ-ն ուղղորդում է Cas9-ին, որպեսզի կտրվածք առաջացնի հենց օտարածին ԴՆԹ-ում, ոչ թե բջջի սեփական ԴՆԹ-ում: Սեփական ԴՆԹ-ի և օտարածին ԴՆԹ-ի ճանաչումն իրականացվում է դրանցում առկա հատուկ հաջորդականությունների միջոցով: 

Ներկայումս CRISPR/Cas-ը լայնորեն կիրառվում է տարբեր օրգանիզմների գենային ինժեներիայում: CRISPR/Cas-ը հնարավորություն է տալիս փոփոխել միկրոօրգանիզմների նյութափոխանակային ուղիները և ստանալ կենսատեխնոլոգիապես արժեքավոր շտամներ: Այս տեխնոլոգիան կիրառվում է նաև բույսերի, այդ թվում՝ դեկորատիվ բույսերի և գյուղատնտեսական նշանակության մշակաբույսերի գենային ինժեներիայում: Ուսումնասիրվում են CRISPR/Cas-ի միջոցով մշակաբույսերի մոտ հակավիրուսային իմունիտետի ստեղծման հնարավորությունները: 

CRISPR/Cas-ն էական նշանակություն ունի բժշկության մեջ: Մշակվում են տարբեր հիվանդությունների (վիրուսային, օնկոլոգիական, իմունոլոգիական, սիրտ-անոթային հիվանդություններ, ժառանգական խանգարումներ) բուժման և կանխարգելման մեթոդներ, որոնք հիմնված են CRISPR/Cas-ի կիրառման վրա: 

Գենոմների փոփոխման մյուս մեթոդների համեմատ CRISPR/Cas-ն ավելի արագ և արդյունավետ է, սակայն երբ CRISPR/Cas-ի միջոցով ԴՆԹ-ն կտրվում է, ակտիվանում են ԴՆԹ-ի վերականգնման բնական մեխանիզմները, որոնք հաճախ հանգեցնում են մուտացիաների և այլ փոփոխությունների առաջացման: Բացի այդ կարող են դիտվել նաև այսպես կոչված ոչ թիրախային ազդեցություններ, այսինքն՝ ԴՆԹ-ն կարող է կտրվել ոչ ճիշտ տեղամասում և անկանխատեսելի հետևանքներ առաջացնել: Այդ պատճառով էլ դեռևս մշակվում են տեխնիկաներ CRISPR/Cas-ի կիրառման համար: