Ящик Пандоры почти открыт, не следует засовать туда голову, удовлетворяя своё любопытство

ТАЮЩИЕ ЛЕДЯНЫЕ ШАПКИ, ДРЕВНИЕ ВИРУСЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ГИГАНТСКОГО ПАНДОРАВИРУСА ВЫЯВИЛИ ПОСРЕДСТВОМ CRISPR/CAS9

ers

GENOMICS

Введение

Арктический регион претерпевает быстрые и беспрецедентные изменения из-за изменения климата. По мере того, как арктические льды тают, обнажая ранее недоступные районы, ученые обнаруживают сокровищницу древних секретов. Среди них таинственные Пандоравирусы, гигантские вирусы, которые тысячи лет дремали во льдах. Эти древние микроорганизмы ставят интригующие вопросы о потенциальном риске, который они могут представлять для здоровья человека и окружающей среды. В этой статье мы углубляемся в мир Пандоравирусов и исследуем проблемы, связанные с их распространением в контексте потепления в Арктике.

Древние гиганты:

Пандоравирусы представляют собой группу крупных вирусов, которые были впервые обнаружены в 2013 году. Они являются одними из крупнейших известных вирусов, характеризующихся их огромными размерами и сложным генетическим составом. Эти вирусы содержат обширную коллекцию генов, некоторые из которых ранее были неведомы в вирусном мире. Благодаря своим уникальным характеристикам, Пандоравирусы привлекли внимание ученых по всему миру.

Таяющая Арктика: высвобождение первородных микроорганизмов:

Изменение климата приводит к тому, что Арктика нагревается с угрожающей скоростью. В результате тает вечная мерзлота, мерзлый грунт, который тысячелетиями сохранял древние организмы. В этом замерзшем грунте обитает множество древней микробной жизни, включая такие вирусы, как Пандоравирусы.

Беспокойство возникает, когда эти вирусы подвергаются воздействию и потенциально оживают в результате таяния льда.

Риски и неопределенности:

Когда дело доходит до древних вирусов, многое еще остается неизвестным. Ученые борются с вопросами, касающимися потенциальных рисков, связанных с распространением Пандовирусов. Некоторые опасения связаны с их способностью заражать и наносить вред живым организмам, включая людей. Однако важно отметить, что, хотя Пандоравирусы способны заражать амеб, их патогенность для людей еще не полностью изучена.

Сложность специфичности хозяина:

Одним обнадеживающим фактором является концепция специфичности хозяина. Вирусы обычно проявляют специфичность к определенным видам хозяев, а Пандоравирусы проявляют предпочтение к амебам. Это говорит о том, что даже если бы они стали активными, их способность заражать людей и причинять им вред не была бы ограничена. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы полностью понять масштабы их распространения и потенциальные риски.

Воздействие на окружающую среду:

Высвобождение древних вирусов может иметь экологические последствия. Поскольку они взаимодействуют с текущими сообществами микроорганизмов Арктике, они могут нарушить хрупкий баланс существующих экосистем. Это, в свою очередь, может повлиять на флору и фауну региона, включая уязвимые виды, выживание которых зависит от этих экосистем.

Снижение рисков:

Чтобы решить проблемы, связанные с высвобождением древних микробов, ученые усердно работают над изучением и пониманием этих вирусов. Посредством продолжения работ

Исследователи также изучили роль основного капсидного белка (MCP) в Молливирусе, филологически родственном вирусу Пандоравирусу. Они обнаружили, что MCP необходим для образования вирионов у Молливируса, несмотря на его яйцевидную форму. Генетическая делеция гена MCP с использованием CRISPR/Cas9 привела к нарушению биогенеза вириона, что указывает на функцию каркаса для MCP.

С учетом сказанного, почему гигантские вирусы представляют интерес для научного сообщества?

Гигантские вирусы (GVS) пленили ученых с момента их открытия из-за их необычно больших геномов и вирусных частиц, которые соперничают по размерам с некоторыми клеточными организмами. Эти вирусы обладают уникальными свойствами, такими как кодирующие белки, участвующие в трансляции и энергетическом метаболизме, которые обычно связаны с клеточными организмами. Происхождение GVS остается предметом дискуссий, и две основные теории предлагают редуктивную эволюцию из предковой клетки или эволюцию из более мелких вирусов. Чтобы разгадать тайны, окружающие GVS, исследователи сосредоточились на разнообразии их генома, но пренебрегли их функциональной геномикой.

В 2023 в опубликованной работе в журнале Nature, команда ученых представила экспериментальную базу с помощью системы CRISPR/Cas9 для генетически модифицировать ядерного ГВС и их узлов, Acanthamoeba castellanii. Исследование дает представление о эволюции от небольших икосаэдрических вирусов до GV в форме амфоры и раскрывает основной геном у Пандоравируса, проливая свет на генетическую основу вирусного гигантизма.

Как исследователи использовали CRISPR / Cas9 для раскрытия секретов вируса Pandora?

Исследователи разработали систему CRISPR/Cas9 для генетического манипулирования организмом-хозяином, Acanthamoeba castellanii, и успешно модифицировали ДНК хозяина. Они продемонстрировали эффективность этой системы, нацелившись на определенные гены и наблюдая значительное снижение экспрессии генов-мишеней. Исследователи также разработали gRNAs, нацеленные на гены целлюлозосинтазы у Acanthamoeba castellanii, и добились полной модификации этих генов с помощью Cas9.

Затем исследователи исследовали способность Cas9 воздействовать на геномы различных GV. Они обнаружили, что ядерные GV, такие как Pandoravirus neocaledonica и Mollivirus kamchatka, могут быть эффективно нацелены и их репликация ингибируется Cas9. Однако Cas9 не смог воздействовать строго на цитоплазматические вирусы, такие как Pithovirus sibericum и Mimivirus reunion. Исследователи выдвинули гипотезу, что экранирование вирусной ДНК в цитоплазматических вирусах может препятствовать доступу Cas9 к геному.

Чтобы изучить основные гены Пандоравируса, исследователи провели генетический скрининг с использованием CRISPR / Cas9 и нацелились на различные гены по всему вирусному геному. Они наблюдали, что снижение приспособленности пандоравируса варьировалось в зависимости от местоположения целевого гена. Нацеливание на гены на 5'-м конце генома приводило к значительному снижению вирусной приспособленности, в то время как нацеливание на гены на 3'-м конце приводило к большим делециям в геноме. Это указывало на то, что Пандоравирус, возможно, обладает ограниченной эффективностью при восстановлении двухцепочечных разрывов на 3' конце.

Дальнейший анализ выявил существование основного эссенциального генома, расположенного на 5'-м конце генома Пандоравируса, содержащего вирус. Эта область ядра содержала гены, которые были сохранены у родственных вирусов из семейства Phycodnaviridae и вируса Mollivirus. Напротив, гены на 3'-м конце генома были менее существенными и имели тенденцию накапливать большие делеции. Полученные результаты подтвердили гипотезу о расширении генома у Пандоравируса и предоставили доказательства перехода от подобного Фикоднавирусу предка к более крупному Пандоравирусу.

Исследователи также изучили роль основного капсидного белка (MCP) в Молливирусе, филогенетически родственном вирусу Пандоравирусу. Они обнаружили, что MCP необходим для образования вирионов у Молливируса, несмотря на его яйцевидную форму. Генетическая делеция гена MCP с использованием CRISPR/Cas9 привела к нарушению биогенеза вириона, что указывает на функцию каркаса для MCP.

Итак, что все это значит?

Это исследование демонстрирует успешное применение технологии CRISPR/Cas9 для генетических манипуляций как с организмами-хозяевами, так и с гигантскими вирусами. Полученные результаты дают ценную информацию об эволюции и функциональной геномике CVS. Существование "основного существенного генома у пандоравируса подтверждает гипотезу расширения генома и подчеркивает важность консервативных генов в репликации вируса. Анализ распределения генов и их существенности в пандоравирусах позволяет предположить эволюционный путь от вирусов меньшего размера к вирусам-гигантам, при этом генетическая избыточность увеличивается в результате расширения генома.

Кроме того, исследование раскрывает существенную роль основного капсидного белка в образовании вириона у Молливируса. Это открытие подтверждает гипотезу, что яйцевидная форма молливируса может быть следствием его икосаэдрического происхождения, и что функция MCP была заменена в ходе эволюции.

Разработка генетических инструментов для изучения CVS открывает новые возможности для исследований этих загадочных вирусов. Манипулируя их геномами, ученые могут выявить законсервированные биологические процессы, взаимодействия хозяина и патогена и адаптивные механизмы, которые способствуют вирусному гигантизму. Это исследование представляет собой значительный шаг к пониманию происхождения и эволюционной истории CVS, проливая свет на сложные взаимоотношения между вирусами и их хозяевами.

Вывод:

Хотя обнаружение древних вирусов в тающей Арктике может показаться тревожным, важно подойти к теме с научной строгостью и сбалансированным подходом. Хотя распространение Пандоравирусов вызывает вопросы об их потенциальных рисках, нынешнее понимание предполагает, что непосредственная угроза здоровью человека представляется ограниченной. Генетическая модификация гигантских вирусов с использованием CRISPR /Cas9 предоставляет мощный инструмент для исследования их геномов и раскрытия их эволюционного происхождения. Статья, опубликованная в журнале Nature, способствует нашему пониманию вирусного гигантизма и уникальных особенностей гигантских вирусов, предлагая новые взгляды на коэволюцию вирусов и их хозяев. Дальнейшие исследования в этой области имеют большой потенциал для раскрытия сложных механизмов и эволюционных путей, которые сформировали вирусный мир.

Предупреждения о том, что следует избегать использования CRISPR-Cas9 на человеческих эмбрионах, подкрепленные новыми данными

https://www.genengnews.com/top...

Еще в 2015 году ученые предостерегали от использования технологии CRISPR-Cas9 для модификации геномов зародышевой линии. Действительно, перспектива, опубликованная в том году в Science, предполагает, что в противном случае безупречные приложения для лечения заболеваний могут поставить геномную инженерию человека на “скользкий путь” к модификации генов зародышевой линии с непредсказуемыми последствиями.

Когда китайский ученый Хэ Цзянькуй, имеющий научную степень доктора, проигнорировал предупреждение против редактирования зародышевой линии, по крайней мере, некоторые последствия были предсказуемы. Научное сообщество было шокировано, даже ошеломлено. И китайские власти начали расследование. В конечном счете, Хэ Цзянькуй был уволен из своего университета, Южного университета науки и технологии в Шэньчжэне. Он также получил солидный штраф, трехлетний тюремный срок и запрет на дальнейшие исследования во вспомогательных репродуктивных технологиях.

Если открытие “CRISPR Babies” привело к четким профессиональным и юридическим результатам, научные результаты, не говоря уже о последствиях для здоровья отдельных людей, оставались неясными. Однако определенная научная ясность стала очевидной на этой неделе, на 39-м ежегодном собрании Европейского общества репродукции человека и эмбриологии (ESHRE). На этой встрече одна из докладчиц, доктор философии Оксфордского университета Нада Кубикова, сообщила, что клетки ранних человеческих эмбрионов часто не способны восстанавливать повреждения своей ДНК.

Во время своей презентации, которая называлась “Дефицит репарации двухцепочечных разрывов ДНК в предимплантационных эмбрионах человека, выявленный с помощью CRISPR-Cas9”, Кубикова предположила, что недостаточная репарация ДНК в эмбрионах имеет важные последствия. “Редактирование генов потенциально может исправить дефектные гены, процесс, который обычно включает в себя сначала разрушение, а затем восстановление цепочки ДНК”, - сказала Кубикова. “Наши новые результаты дают предупреждение о том, что широко используемые технологии редактирования генов могут иметь нежелательные и потенциально опасные последствия, если они применяются к человеческим эмбрионам”

Она описала, как оценивала инструмент редактирования генов CRISPR-Cas9 для вырезания и замены участков ДНК в ранних клетках эмбриона.

“Наши результаты показывают, что использование CRISPR-Cas9 на ранних стадиях развития человеческих эмбрионов сопряжено со значительными рисками”, - сказала она. “Мы обнаружили, что ДНК клеток эмбриона может быть нацелена с высокой эффективностью, но, к сожалению, это редко приводит к изменениям, необходимым для исправления дефектного гена. Чаще всего нить ДНК необратимо разорвана, что потенциально может привести к дополнительным генетическим аномалиям у эмбриона ”.

Редактирование генов начали применять у детей и взрослых с заболеваниями, вызванными мутациями генов, такими как муковисцидоз, рак и серповидноклеточная анемия. Многих других наследственных заболеваний можно было бы избежать, если бы можно было проводить редактирование генов эмбрионов до их имплантации в матку, поскольку это единственная стадия развития, когда технология CRISPR-Cas9 гарантированно достигает каждой клетки эмбриона. Однако, поскольку он потенциально может вызывать изменения в геноме человека, которые будут передаваться из поколения в поколение, и из-за неуверенности в его безопасности, его использование на эмбрионах в настоящее время запрещено в большинстве стран мира.

“Значительные пробелы в наших знаниях все еще остаются”, - отметила Кубикова. “Мы хотели оценить, может ли CRISPR-Cas9 быть эффективным методом исправления генетических ошибок в человеческих эмбрионах, и пролить свет на то, будут ли такие методы безопасны в использовании”.

В этически одобренном исследовании Кубикова и ее коллеги оплодотворили донорские яйцеклетки донорской спермой, используя интрацитоплазматическую инъекцию спермы, для создания 84 эмбрионов. У 33 эмбрионов они использовали CRISPR-Cas9 для создания разрывов в двух нитях, составляющих молекулу ДНК.

“Мы использовали CRISPR для нацеливания на участки ДНК, которые не содержат никаких генов”, - отметила Кубикова. “Это потому, что мы хотели узнать, что всегда верно о том, как CRISPR влияет на клетки эмбриона и их ДНК, и не отвлекаться на изменения, вызванные нарушением определенного гена”.

Остальные 51 эмбрион были сохранены в качестве контроля.

“Все клетки организма обладают высокоэффективными механизмами восстановления повреждений, затрагивающих их ДНК”, - продолжила Кубикова. “В большинстве случаев концы разорванных нитей ДНК быстро соединяются заново. Это очень важно, поскольку сохранение неповрежденного повреждения ДНК мешает клеткам работать должным образом и может привести к летальному исходу. Наиболее распространенным способом восстановления ДНК клетками является повторное соединение двух концов цепочки ДНК, хотя, когда это происходит, обычно несколько букв генетического кода удаляются или дублируются в месте, где нити прикрепляются заново. Это может нарушать работу генов и не позволяет исправлять мутации. Это известно как негомологичное соединение концов.

“Другой способ, которым клетки могут восстановить разрыв в ДНК, - это использовать неповрежденную копию пораженного участка в качестве шаблона, копировать ее и заменять поврежденный участок по мере этого. Можно снабдить клетки фрагментами ДНК, содержащими слегка измененные последовательности ДНК, например, имеющие нормальную последовательность, а не мутацию. Затем клетка может использовать эти шаблоны, когда она восстанавливает разрыв, вызванный CRISPR, удаляя поврежденный фрагмент ДНК и одновременно копируя остальную часть поставляемой последовательности. Это известно как направленная на гомологию репарация и является процессом, необходимым для исправления мутации ”.

Исследователи обнаружили изменения в целевых участках ДНК у 24 из 25 эмбрионов, что указывает на высокую эффективность CRISPR в клетках человеческих эмбрионов. Однако только 9% целевых участков были восстановлены с использованием клинически полезного процесса гомологически направленной репарации, а 51% разорванных нитей ДНК подверглись негомологичному соединению концов, что привело к мутациям, при которых нити были соединены заново. Оставшиеся 40% разорванных нитей ДНК не удалось восстановить. Не восстановленные разрывы в цепях ДНК в конечном итоге привели к потере или дублированию больших участков хромосомы, которые простираются от места разрыва до конца хромосомы. Аномалии этого типа влияют на жизнеспособность эмбрионов, и если пораженные эмбрионы были перенесены в матку и произвели на свет ребенка, они будут нести риск серьезных врожденных аномалий.

“Наше исследование показывает, что направленная на гомологию репарация редко встречается у ранних человеческих эмбрионов и что в первые несколько дней жизни клеткам человеческих эмбрионов трудно восстанавливать поврежденные нити ДНК”, - подчеркнула Кубикова. “CRISPR-Cas9 был удивительно эффективен при нацеливании на участок ДНК. Однако большинство клеток восстановили разрыв ДНК, вызванный CRISPR, с помощью негомологичного соединения концов, процесса, который вводит дополнительные мутации, а не исправляет существующие. Это было бы проблемой, если бы предпринимались попытки использовать CRISPR-Cas9 для коррекции наследственных нарушений у человеческих эмбрионов, поскольку это предполагает, что в большинстве случаев попытки не увенчаются успехом.

ИТОГО:

Любые манипуляции с искусственно созданным живым организмом, посредством подсмотренного в живой природе механизма CRISPR-Cas9, взаимодействующего с клетками вашего тела, независимо от того, является ли эта платформа мРНК или ДНК, проходит через стадию взаимодействия с ядром ваших клеток, и по сути, перестраивает происходящие в них процессы на генетическом уровне. Итог такого взаимодействия может и будет проявляться, как в краткосрочной перспективе, так и в долгосрочной, включая влияние на будущие поколения. Используемые методы и технологии сегодня позволяют изменять коды всего живого от вирусов до человека. Реальные последствия не может предсказать НИКТО, как для отдельного индивида, так и для всего вида гомо сапиенсов. Не поддавайтесь ни на какие уговоры о «благе» для вас лично с использованием ЛЮБЫХ генноинженерных конструкций, как в виде лекарственных препаратов, так и в виде пищи.