Maklumat

Mengapa tidak menggantikan genom manusia dengan versi genom umpan?

Mengapa tidak menggantikan genom manusia dengan versi genom umpan?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

https://www.biostars.org/p/73100/

http://www.cureffi.org/2013/02/01/the-decoy-genome/

Genom umpan ialah genom manusia yang lebih baik daripada rujukan biasa. Ia lebih pantas untuk pemetaan dan ia mengurangkan kadar positif palsu.

Dalam kes ini, tidak ada sebab untuk menggunakan rujukan manusia biasa, kerana genom umpan adalah lebih baik dan lebih pantas. Sebagai contoh, ia mempunyai urutan DNA untuk genom virus biasa yang dibentangkan pada manusia. Ia mempunyai segala-galanya dalam rujukan biasa.

S: Apa gunanya rujukan manusia biasa (mis. hg38) jika versi umpan adalah lebih tepat dan merupakan perwakilan yang lebih baik untuk variasi manusia.


Untuk memperjelaskan, apabila anda menyebut "genom pengumpan" yang diharapkan anda maksudkan genom umpan dan genom rujukan bersama-sama; genom umpan itu sendiri bukanlah rujukan lengkap, tetapi koleksi contigs yang dipasang daripada bacaan yang tidak dipetakan kepada genom rujukan semasa, tetapi diketahui sebagai jujukan manusia.

Genom umpan sudah tentu nampaknya merupakan set data tambahan yang berguna untuk mempercepatkan pemetaan bacaan kepada genom manusia tetapi ia tidak boleh lebih baik daripada rujukan kerana ia tidak setanding dengan rujukan.


Kekurangan antitrypsin Alpha-1 (AATD) ialah keadaan yang diwarisi yang menyebabkan tahap rendah, atau tidak, alpha-1 antitrypsin (AAT) dalam darah. AATD berlaku pada kira-kira 1 dalam 2,500 individu. Keadaan ini terdapat dalam semua kumpulan etnik namun, ia berlaku paling kerap pada kulit putih keturunan Eropah.

Alpha-1 antitrypsin (AAT) ialah protein yang dibuat di dalam hati. Hati melepaskan protein ini ke dalam aliran darah. AAT melindungi paru-paru supaya ia boleh berfungsi dengan normal. Tanpa AAT yang mencukupi, paru-paru boleh rosak, dan kerosakan ini boleh menyukarkan pernafasan.

Setiap orang mempunyai dua salinan gen untuk AAT dan menerima satu salinan gen daripada setiap ibu bapa. Kebanyakan orang mempunyai dua salinan normal gen antitrypsin alpha-1. Individu yang mempunyai AATD mempunyai satu salinan biasa dan satu salinan rosak, atau mereka mempunyai dua salinan rosak. Kebanyakan individu yang mempunyai satu gen normal boleh menghasilkan antitripsin alfa-1 yang mencukupi untuk menjalani kehidupan yang sihat, terutamanya jika mereka tidak merokok.

Orang yang mempunyai dua salinan gen yang rosak tidak dapat menghasilkan antitrypsin alfa-1 yang mencukupi, yang menyebabkan mereka mengalami gejala yang lebih teruk.

Kekurangan antitrypsin Alpha-1 (AATD) ialah keadaan yang diwarisi yang menyebabkan tahap rendah, atau tidak, alpha-1 antitrypsin (AAT) dalam darah. AATD berlaku pada kira-kira 1 dalam 2,500 individu. Keadaan ini terdapat dalam semua kumpulan etnik namun, ia berlaku paling kerap pada kulit putih keturunan Eropah.

Alpha-1 antitrypsin (AAT) ialah protein yang dibuat di dalam hati. Hati melepaskan protein ini ke dalam aliran darah. AAT melindungi paru-paru supaya ia boleh berfungsi dengan normal. Tanpa AAT yang mencukupi, paru-paru boleh rosak, dan kerosakan ini boleh menyukarkan pernafasan.

Setiap orang mempunyai dua salinan gen untuk AAT dan menerima satu salinan gen daripada setiap ibu bapa. Kebanyakan orang mempunyai dua salinan biasa gen antitrypsin alpha-1. Individu yang mempunyai AATD mempunyai satu salinan biasa dan satu salinan rosak, atau mereka mempunyai dua salinan rosak. Kebanyakan individu yang mempunyai satu gen normal boleh menghasilkan antitripsin alfa-1 yang mencukupi untuk menjalani kehidupan yang sihat, terutamanya jika mereka tidak merokok.

Orang yang mempunyai dua salinan gen yang rosak tidak dapat menghasilkan antitrypsin alfa-1 yang mencukupi, yang menyebabkan mereka mengalami gejala yang lebih teruk.


Manipulasi DNA Berkuasa: Pengeditan Gen yang Diperbaiki Dengan Pemahaman Baharu Alat CRISPR-Cas9

Struktur 3D editor asas, terdiri daripada protein Cas9 (putih dan kelabu), yang mengikat sasaran DNA (heliks teal dan biru) yang melengkapi panduan RNA (ungu), dan protein deaminase (merah dan merah jambu), yang menukar satu nukleotida kepada nukleotida yang lain. Kredit: Imej UC Berkeley oleh Gavin Knott dan Audrone Lapinaite

Cryo-EM menangkap editor asas CRISPR-Cas9 dalam tindakan.

Dalam masa lapan tahun sahaja, CRISPR-Cas9 telah menjadi editor genom pilihan untuk kedua-dua penyelidikan asas dan terapi gen. Tetapi CRISPR-Cas9 juga telah melahirkan alat manipulasi DNA lain yang berpotensi berkuasa yang boleh membantu membetulkan mutasi genetik yang bertanggungjawab untuk penyakit keturunan.

Penyelidik di University of California, Berkeley, kini telah memperoleh struktur 3D pertama dari salah satu alat yang paling menjanjikan ini: editor asas, yang mengikat DNA dan, bukannya memotong, menggantikan satu nukleotida dengan yang lain dengan tepat.

Mula-mula dicipta empat tahun lalu, editor asas sudah digunakan dalam percubaan untuk membetulkan mutasi nukleotida tunggal dalam genom manusia. Editor asas kini tersedia boleh menangani kira-kira 60% daripada semua penyakit genetik yang diketahui - berpotensi lebih daripada 15,000 gangguan yang diwarisi - disebabkan oleh mutasi dalam hanya satu nukleotida.

Struktur 3D terperinci, dilaporkan dalam jurnal terbitan 31 Julai Sains, menyediakan peta jalan untuk mengubah suai editor asas untuk menjadikannya lebih serba boleh dan boleh dikawal untuk digunakan pada pesakit.

"Kami dapat memerhatikan buat kali pertama editor asas dalam tindakan," kata rakan pasca doktoral UC Berkeley Gavin Knott. "Kini kita boleh memahami bukan sahaja apabila ia berfungsi dan apabila ia tidak, tetapi juga mereka bentuk editor asas generasi akan datang untuk menjadikannya lebih baik dan lebih sesuai secara klinikal."

Editor asas ialah sejenis protein gabungan Cas9 yang menggunakan Cas9 yang dinyahaktifkan sebahagiannya — gunting snippingnya dilumpuhkan supaya ia memotong hanya satu untaian DNA — dan enzim yang, sebagai contoh, mengaktifkan atau menyenyapkan gen, atau mengubah suai kawasan bersebelahan daripada DNA. Oleh kerana kajian baharu itu melaporkan struktur pertama protein gabungan Cas9, ia boleh membantu membimbing penciptaan pelbagai alat penyunting gen berasaskan Cas9 yang lain.

"Kami sebenarnya melihat buat pertama kalinya bahawa editor asas berkelakuan sebagai dua modul bebas: Anda mempunyai modul Cas9 yang memberi anda kekhususan, dan kemudian anda mempunyai modul pemangkin yang menyediakan anda dengan aktiviti itu," kata Audrone Lapinaite, bekas UC Berkeley felo pasca doktoral yang kini menjadi penolong profesor di Arizona State University di Tempe. "Struktur yang kami dapat dari editor asas ini yang terikat pada sasarannya benar-benar memberi kami cara untuk memikirkan protein gabungan Cas9, secara amnya, memberi kami idea kawasan Cas9 yang lebih bermanfaat untuk menggabungkan protein lain."

Lapinaite dan Knott, yang baru-baru ini menerima jawatan sebagai felo penyelidik di Universiti Monash di Australia, adalah pengarang pertama kertas itu.

"Struktur ini membantu kami memahami editor asas pada tahap yang lebih mendalam," kata pengarang kanan Jennifer Doudna, profesor biologi molekul dan sel dan kimia UC Berkeley dan penyiasat Institut Perubatan Howard Hughes. "Sekarang kita dapat melihat perkara yang sedang kita usahakan, kita boleh membangunkan strategi termaklum untuk menambah baik sistem."

Mengedit satu asas pada satu masa

Pada 2012, penyelidik mula-mula menunjukkan cara merekayasa semula enzim bakteria, Cas9, dan mengubahnya menjadi alat penyunting gen dalam semua jenis sel, daripada bakteria kepada manusia. Cetusan idea Doudna dan rakan sekerja Perancisnya, Emmanuelle Charpentier, CRISPR-Cas9 telah mengubah penyelidikan biologi dan membawa terapi gen ke klinik buat kali pertama dalam beberapa dekad.

Struktur 3D editor asas kerana ia menyunting regangan DNA. Kredit: Grafik UC Berkeley oleh Gavin Knott

Para saintis dengan cepat memilih Cas9 untuk menghasilkan banyak alat lain. Pada asasnya gabungan protein dan RNA, Cas9 menyasarkan dengan tepat regangan DNA tertentu dan kemudian mengguntingnya dengan tepat, seperti sepasang gunting. Fungsi gunting boleh dipecahkan, bagaimanapun, membolehkan Cas9 menyasar dan mengikat DNA tanpa memotong. Dengan cara ini, Cas9 boleh membawa enzim yang berbeza ke kawasan DNA yang disasarkan, membolehkan enzim memanipulasi gen.

Pada tahun 2016, David Liu dari Universiti Harvard dan Institut Luas Institut Teknologi Massachusetts dan Harvard menggabungkan Cas9 dengan protein bakteria lain untuk membolehkan penggantian tepat satu nukleotida dengan pembedahan yang lain: editor asas pertama.

Walaupun editor asas adenina awal adalah perlahan, versi terbaru, yang dipanggil ABE8e, adalah sangat pantas: Ia menyelesaikan hampir 100% daripada suntingan asas yang dimaksudkan dalam masa 15 minit. Namun, ABE8e mungkin lebih cenderung untuk mengedit kepingan DNA yang tidak diingini dalam tabung uji, yang berpotensi mencipta apa yang dikenali sebagai kesan luar sasaran.

Struktur yang baru didedahkan itu diperoleh dengan teknik pengimejan berkuasa tinggi yang dipanggil cryo-electron microscopy (cryoEM). Ujian aktiviti menunjukkan sebab ABE8e cenderung untuk membuat lebih banyak suntingan di luar sasaran: Protein deaminase yang digabungkan dengan Cas9 sentiasa aktif. Semasa Cas9 melompat di sekitar nukleus, ia mengikat dan melepaskan ratusan atau beribu-ribu segmen DNA sebelum ia menemui sasaran yang dimaksudkan. Deaminase yang melekat, seperti meriam longgar, tidak menunggu perlawanan yang sempurna dan sering mengedit pangkalan sebelum Cas9 mencapai sasaran terakhirnya.

Mengetahui cara domain effector dan Cas9 dikaitkan boleh membawa kepada reka bentuk semula yang menjadikan enzim aktif hanya apabila Cas9 telah menemui sasarannya.

"Jika anda benar-benar mahu mereka bentuk protein gabungan yang benar-benar khusus, anda perlu mencari cara untuk menjadikan domain pemangkin lebih sebagai sebahagian daripada Cas9, supaya ia akan merasakan apabila Cas9 berada pada sasaran yang betul dan kemudian diaktifkan, bukannya menjadi aktif sepanjang masa,” kata Lapinaite.

Struktur ABE8e juga menunjukkan dua perubahan khusus dalam protein deaminase yang menjadikannya berfungsi lebih cepat daripada versi awal editor asas, ABE7.10. Mutasi dua titik tersebut membolehkan protein mencengkam DNA dengan lebih ketat dan lebih cekap menggantikan A dengan G.

"Sebagai ahli biologi struktur, saya benar-benar ingin melihat molekul dan memikirkan cara untuk memperbaikinya secara rasional. Struktur ini dan biokimia yang disertakan benar-benar memberi kita kuasa itu,” tambah Knott. "Kami kini boleh membuat ramalan rasional untuk bagaimana sistem ini akan berkelakuan dalam sel, kerana kami dapat melihatnya dan meramalkan bagaimana ia akan memecahkan atau meramalkan cara untuk menjadikannya lebih baik."

"Walaupun editor asas kini digunakan secara meluas untuk memperkenalkan perubahan tepat dalam organisma yang terdiri daripada bakteria kepada tumbuhan kepada primata, tiada siapa sebelum ini memerhatikan struktur molekul tiga dimensi editor asas," kata Liu, yang memperoleh Ph.D. pada tahun 1999 dari UC Berkeley dan merupakan penyiasat Institut Perubatan Howard Hughes. "Projek kolaboratif ini mendedahkan struktur molekul cantik editor asas yang canggih dan sangat aktif - ABE8e - terperangkap dalam tindakan melibatkan tapak DNA sasaran."

Rujukan: “DNA ditangkap oleh editor asas adenine dipandu CRISPR-Cas9” oleh Audrone Lapinaite, Gavin J. Knott, Cody M. Palumbo, Enrique Lin-Shiao, Michelle F. Richter, Kevin T. Zhao, Peter A. Beal, David R. Liu dan Jennifer A. Doudna, 31 Julai 2020, Sains.
DOI: 10.1126/sains.abb1390

Selain Lapinaite, Knott, Doudna dan Liu, pengarang bersama kertas lain ialah Cody Palumbo dan Peter Beal dari UC Davis, Enrique Lin-Shiao dari UC Berkeley dan Michelle Richter dan Kevin Zhao dari Broad Institute, kerjasama antara Harvard dan Institut Teknologi Massachusetts.


Pemetaan genom manusia: Para saintis mempersoalkan tuntutan

Bahagian komuniti saintifik India mengatakan dakwaan mengenai pemetaan genom seorang India adalah sangat dibesar-besarkan walaupun ramai yang bersetuju ia adalah satu langkah ke hadapan.

Ramai saintis juga terkejut bahawa Majlis Penyelidikan Saintifik dan Perindustrian (CSIR) memilih untuk mengumumkan penyelidikannya kepada wartawan melalui parlimen sebelum terlebih dahulu menerbitkan penemuannya dalam jurnal semakan rakan sebaya seperti biasa.

Pushpa Bhargava, pengasas Pusat Biologi Selular dan Molekul (CCMB) di Hyderabad, memberitahu IANS melalui telefon, "Ini adalah jenis kenyataan yang akan menjatuhkan kredibiliti sains India."

“Saya terhibur apabila membaca laporan berita bahawa India telah menyertai liga ‘elit’ negara seperti AS, Britain, Kanada, China dan (Selatan) Korea.”

Menteri Sains Prithviraj Chavan berkata di parlimen bahawa India telah membuat "pencapaian unik" dengan menyusun genom lengkap seorang India. Chavan seterusnya berkata "ubat berdasarkan penjujukan akan memanjangkan hayat selama 30 tahun."

Pada sidang akhbar pada hari Selasa, ketua pengarah CSIR Samir Brahmachari mengumumkan bahawa pencapaian penjujukan oleh saintisnya telah "merapatkan jurang teknologi, menetapkan peringkat untuk penjagaan kesihatan yang berpatutan dan ubat ramalan, selain menimbulkan kemungkinan dalam diagnostik, rawatan dan perubatan peribadi."

Brahmachari tidak menjawab soalan sama ada kualiti dan ketepatan data genom yang dihasilkan oleh CSIR telah disahkan oleh saintis bebas dan mengapa kerja itu diumumkan kepada akhbar awam sebelum diterbitkan dalam jurnal sains.

Para saintis berkata penjujukan bukanlah masalah besar memandangkan perkhidmatan itu kini tersedia secara komersial dan sesiapa sahaja boleh membuat urutan genomnya dengan bayaran. Genom manusia telah disusun dan diterbitkan tujuh tahun lalu.

"Anda melihat syarikat mengiklankan di internet secara kerap dan kosnya menurun dengan cepat," seorang saintis di Institut Sains India (IISc) di Bangalore memberitahu IANS, tidak mahu dikenali.

Sebagai contoh, syarikat Amerika Syarikat yang berpangkalan di Silicon Valley, Complete Genomics Inc. telah menyusun dan menganalisis 14 jujukan genom manusia yang lengkap tahun ini dan akan menawarkan jujukan genom untuk sekitar $5,000 berbanding $30,000 yang dibelanjakan CSIR untuk penjujukan satu genom.

Syarikat 'Knome' yang berpangkalan di Cambridge (Massachusetts) mula menawarkan perkhidmatan penjujukan dan analisis genom keseluruhan untuk individu seawal tahun 2007 bermula dengan kumpulan 20 pelanggan.

Baru-baru ini seorang jurutera AS, Stephen Quake, membina sebuah mesin - dipanggil Heliscope Single Molecule Sequencer - yang boleh menyahkod genom manusia dalam masa empat minggu dengan kakitangan seramai tiga orang. Dia menyusun genomnya sendiri menggunakan mesinnya dan menerbitkan hasilnya dalam jurnal Nature Biotechnology.

"Dengan mesin yang baik anda boleh menyusun genom manusia dalam 10 hari," kata D. Balasubramanian, ahli biologi terkenal. Ia adalah kerja penting yang dilakukan oleh CSIR tetapi tidak ada yang hebat, katanya.

Sesetengah saintis juga terhibur dengan perbandingan Chavan tentang kerja CSIR dengan misi Chandrayaan-I India ke bulan.

"Saintis angkasa lepas kami menggunakan roket dan satelit mereka sendiri untuk pergi ke bulan," kata salah seorang daripada mereka. "Teknologi yang digunakan oleh CSIR untuk penjujukan telah dilesenkan daripada syarikat UK Illumina Cambridge Ltd (dahulunya Solexa Ltd) dan tidak dibangunkan di CSIR."

G. Padmanabhan, ahli biokimia terkemuka dan bekas pengarah IISc, berkata pengumuman CSIR mungkin menunggu sehingga "sesuatu yang menarik atau unik" ditemui semasa analisis data. Tidak semua orang kritikal.

"Ia (jujukan genom oleh CSIR) sememangnya satu peristiwa yang sangat penting," Raja Mugasimangalam, Ketua Pegawai Eksekutif Genotypic Technology (P) Ltd yang berpangkalan di Bangalore yang sebelum ini bekerjasama dengan Brahmachari, memberitahu IANS.

“Ia bukanlah satu lompatan besar untuk umat manusia (India), tetapi adalah sangat penting untuk kami meneruskan dan melakukannya cukup awal.”

Sama-sama bersemangat ialah Aravinda Chakravarti dari Universiti Johns Hopkins di AS dan presiden terdahulu Persatuan Genetik Manusia Amerika.

"Adalah baik untuk melihat kemajuan kepada penjujukan genom manusia di India dan saya tidak sabar-sabar menunggu untuk melihat keputusan diterbitkan dengan cepat," Encik Chakravarti memberitahu IANS melalui e-mel. "Bagaimanapun, kami mempunyai perjalanan yang jauh untuk mengejar yang lain."

Chakravarti bagaimanapun berkata dakwaan oleh CSIR di bahagian kesihatan adalah "dibesar-besarkan."

"Dalam jangka panjang tidak diketahui sama ada kos penjagaan kesihatan akan dikurangkan, tetapi selalu benar bahawa semakin kita memahami (genom) lebih baik."

Salah satu matlamat utama penjujukan genom manusia adalah untuk mendedahkan punca genetik penyakit seperti kanser dan diabetes, tetapi kebanyakan penyakit ini ternyata disebabkan oleh sejumlah besar gen dan bukan satu gen.

Jawapannya memerlukan penjujukan genom ramai orang, termasuk pesakit yang menderita penyakit tertentu, kata Padmanabhan. Rancangan CSIR untuk menyusun genom hanya 10 individu tidak akan membantu dalam mencari penanda risiko penyakit genetik yang kompleks, beliau percaya.


KELEBIHAN EDITING GENOME BERBANDING TERAPI GENE TRADISIONAL DAN PENDEKATAN TERAWAL

Terapi gen ialah pengenalan gen eksogen ke dalam sel dengan matlamat untuk memperbaiki keadaan penyakit. Ini dilakukan dengan paling cekap menggunakan vektor virus yang memanfaatkan keupayaan semula jadi virus untuk memasuki sel. Vektor virus digunakan untuk memperkenalkan transgen berfungsi dan mengimbangi kerosakan gen mutan yang diwarisi (penggantian gen) atau untuk mengarahkan fungsi baru dalam sel yang diubah suai (penambahan gen). Vektor juga termasuk urutan pengawalseliaan transkrip eksogen (promoter) untuk memacu ekspresi transgen. Oleh kerana vektor virus mempunyai kapasiti kargo yang terhad, kedua-dua transgen dan promoter perlu diubah suai daripada versi semula jadi yang terdapat dalam genom dan mungkin gagal untuk menyusun semula corak ekspresi fisiologi dengan betul. Mengikut pilihan vektor dan jenis sel sasaran, pengubahsuaian genetik mungkin bersifat sementara, tahan lama, atau kekal. Pengubahsuaian kekal dicapai menggunakan vektor lentiviral atau gamma-retroviral yang secara fizikal memasukkan ke dalam genom sel yang dijangkiti (integrasi). Walau bagaimanapun, kerana sisipan adalah separa rawak, ia boleh menjejaskan fungsi dan ekspresi gen di atau berdekatan dengan tapak sisipan, sekali gus mewakili potensi risiko (mutagenesis sisipan). Pada masa ini, kemajuan besar sedang dibuat dalam terapi gen kerana vektor virus yang dipertingkatkan, terutamanya virus berkaitan adeno (rAAV) lentiviral dan rekombinan, dan strategi ini sedang disiasat secara intensif di klinik. Walau bagaimanapun, walaupun fakta bahawa faedah yang luar biasa dilaporkan dalam kebanyakan pesakit yang dirawat (Naldini, 2015), pengubahsuaian genetik yang lebih fleksibel dan tepat, seperti yang dimungkinkan oleh penyuntingan genom yang disasarkan, diperlukan untuk meningkatkan lagi keselamatan terapi gen dan meluaskan aplikasinya untuk rawatan lebih banyak penyakit dan keadaan.

Sehingga dekad yang lalu, percubaan untuk menggunakan pengubahsuaian genom dalam rawatan penyakit yang diwarisi secara genetik, juga dipanggil penyasaran gen, telah dibuat dengan memperkenalkan templat DNA yang membawa urutan yang dikehendaki ke dalam populasi sel dalam budaya, dan kemudian sama ada membenarkan penyisipan di lokasi rawak atau bergantung pada peristiwa penggabungan semula homolog yang jarang berlaku untuk menggabungkan urutan templat itu di lokasi yang dimaksudkan dalam genom. Templat DNA secara amnya diperkenalkan ke dalam sel menggunakan sistem seperti plasmid rekombinan (cebisan DNA bulat kecil) atau vektor virus, yang mengambil kesempatan daripada keupayaan semula jadi virus untuk memasuki sel. Sel-sel jarang yang memperoleh urutan yang dikehendaki kemudiannya perlu dipilih secara genetik dan dikembangkan secara klon. Walaupun terdapat batasan pendekatan ini, kepentingan penyasaran gen sebagai alat eksperimen dicerminkan dalam penggunaan meluas penggabungan semula homolog untuk mengubah suai yis, garisan sel vertebrata, atau bahkan tikus untuk membedah secara genetik pelbagai proses biologi (Mak, 2007 Orr). -Weaver et al., 1981).

Kekerapan penyasaran gen yang berjaya menggunakan strategi lama ini adalah antara 10 𠄶 (1 dalam 1 juta sel) untuk DNA plasmid hingga 10 𠄲 -10 𠄳 (1 dalam 100 hingga 1 dalam 1,000 sel) menggunakan vektor virus ( seperti rAAV). Apabila saintis mengubah suai DNA dengan nuklease yang membuat pemecahan dua helai (DSB) pada lokasi yang dikehendaki dalam genom, bagaimanapun, kekerapan penyuntingan genom yang berjaya meningkat secara mendadak (Carroll, 2014 Jasin, 1996). Sistem berasaskan nuklease yang membuat perubahan genetik yang disasarkan adalah punca kepada teknologi penyuntingan genom yang dibincangkan dalam laporan ini. Dengan sistem penyuntingan berasaskan nuklease, kini boleh memotong dan, akibatnya, mengubah suai sehingga 100 peratus daripada jujukan sasaran yang diingini dalam genom, sama ada dengan sisipan kecil atau pemadaman yang diperkenalkan oleh pembaikan DSB sambungan akhir yang tidak homolog, atau dengan bergantung pada penggabungan semula homolog untuk memperkenalkan urutan baharu di tapak sasaran, walaupun dengan kecekapan yang agak rendah. Penambahbaikan dramatik dalam kecekapan ini telah membolehkan saintis dan doktor mempertimbangkan untuk menggunakan pengeditan genom untuk pelbagai aplikasi yang sangat diperluaskan, termasuk aplikasi untuk rawatan penyakit.

Fleksibiliti

Penyuntingan genom berasaskan nuklease merangkumi pelbagai kaedah untuk mengubah urutan DNA sel. Penyuntingan ini boleh mencapai beberapa jenis hasil, bergantung pada tempat dalam DNA pengeditan dibuat dan untuk tujuan apa. Perubahan yang boleh dibuat dengan pengeditan genom termasuk

Keselamatan dan Keberkesanan

Penyuntingan genom berasaskan nuklease boleh membatalkan risiko mutagenesis sisipan yang dikaitkan secara semula jadi dengan vektor penggantian gen terdahulu yang mengintegrasikan kuasi rawak di seluruh genom, walaupun vektor penyepaduan generasi lewat yang digunakan hari ini boleh mengurangkan risiko ini. Di samping itu, pembetulan gen in situ mutasi yang diwarisi menggunakan penyuntingan genom membentuk semula kedua-dua fungsi dan kawalan fisiologi ekspresi gen mutan. Ini menyediakan strategi pembetulan yang lebih selamat dan lebih berkesan daripada penggantian gen, di mana ekspresi transgen terapeutik didorong oleh promoter tiruan yang disusun semula. Transgen yang dimasukkan secara rawak mungkin gagal untuk menghasilkan semula corak ekspresi fisiologi dengan setia, dan mereka boleh dipengaruhi dengan kuat oleh tapak sisipan, yang menimbulkan variasi ekspresi yang besar di kalangan populasi sel transduksi. Sememangnya, salah satu aplikasi berpotensi pertama penyuntingan genom ex vivo mungkin adalah pembetulan sel stem–pengantara kekurangan imunodefisiensi primer𠅊n penambahbaikan berbanding pendekatan transgenik sebelum ini di mana ekspresi ektopik atau konstitutif gen terapeutik menimbulkan risiko transformasi kanser atau kerosakan. Jika frekuensi penyuntingan mengikut sasaran jenis sel yang berkaitan secara klinikal cukup tinggi untuk berguna secara terapeutik, pengeditan genom akhirnya boleh mengatasi prestasi penggantian gen (terapi gen tradisional) dari segi keselamatan, dengan syarat perubahan luar sasaran tidak menimbulkan risiko yang sama dengan mengubah suai gen dikaitkan dengan kanser.

Satu lagi aplikasi luas yang berpotensi untuk penyuntingan genom ialah integrasi yang disasarkan dengan tepat bagi kaset ekspresi gen ke dalam apa yang dipanggil pelabuhan genomik selamat, dipilih kerana ia kondusif untuk ekspresi transgen yang teguh dan membolehkan penyisipan selamat yang tidak mempunyai kesan buruk pada gen bersebelahan. Pendekatan ini boleh memastikan ekspresi gen terapeutik yang boleh diramal dan teguh tanpa risiko onkogenesis yang disebabkan oleh pengaktifan penyisipan onkogen secara tidak sengaja. Penyepaduan yang disasarkan ke dalam pelabuhan yang selamat dan pembetulan mutasi in situ kedua-duanya berpotensi digunakan secara meluas untuk terapi berasaskan sel stem selagi sel yang disasarkan boleh menerima pemilihan dan pengembangan kultur in vitro yang meluas sebelum penggunaan klinikal. Seseorang boleh membayangkan peningkatan penggunaan jenis penyuntingan genom ini kerana keupayaan untuk membesar dan membezakan pelbagai jenis sel dalam kultur bertambah baik, terutamanya bersamaan dengan pembezaan daripada sel pluripoten (Hockemeyer dan Jaenisch, 2016).

Gangguan Gen

Aplikasi unik penyuntingan genom berbanding strategi terapi gen standard ialah gangguan gen yang disasarkan. Sesungguhnya, ujian klinikal gangguan gen menggunakan nuklease jari zink (ZFNs) sedang dijalankan, dengan beberapa petunjuk manfaat untuk sel-T (Tebas et al., 2014), dan pendekatan ini baru-baru ini telah diperluaskan kepada sel stem hematopoietik (HSCs). ). Percubaan ini bertujuan untuk mengganggu ekspresi reseptor sitokin, CC chemokine receptor jenis 5 (CCR5), yang juga berfungsi sebagai coreceptor untuk jangkitan HIV dan tidak penting untuk fungsi sel T, sekali gus menjadikan sel T dijangkiti HIV. individu yang tahan terhadap jangkitan virus. 4 Gangguan gen boleh, pada dasarnya, juga boleh digunakan untuk menghapuskan varian gen penyebab penyakit yang dominan.

Kebolehcapaian

Pelbagai platform nuklease telah dibangunkan atau dipertingkatkan dalam tempoh 5-10 tahun yang lalu, menjadikan kemungkinan platform tambahan sedemikian akan dibangunkan dalam masa terdekat. Platform nuklease CRISPR/Cas9, dibangunkan hanya sejak 2012, telah menjana keyakinan yang ketara dalam kalangan komuniti penyelidikan, klinikal dan pesakit serta telah mendemokrasikan penyuntingan genom, menjadikannya boleh digunakan oleh lebih banyak makmal. Akibatnya, CRISPR/Cas9 telah meningkatkan kesedaran tentang penyuntingan genom sebagai alat terapeutik dan memotivasikan pertimbangan terhadap isu etika dan peraturan yang berkaitan dengan penggunaannya (Baltimore et al., 2015 Corrigan-Curay et al., 2015 Kohn et al., 2016). Isu-isu ini bukan baru, walau bagaimanapun, dan ia juga tidak khusus untuk sistem CRISPR-Cas9 yang kebanyakannya telah dihadapi dan ditangani dalam konteks terapi gen dan aplikasi penyuntingan genom yang lebih awal.


Kerap dibeli bersama

Semakan

""Ditulis untuk menyampaikan sains yang mantap dan moden dengan cara yang boleh diakses oleh profesional dan pelajar dengan pelbagai peringkat latar belakang saintifik, edisi The Human Genome yang disemak secara menyeluruh ini menyumbang kepada penciptaan penyelidikan yang celik genetik dan populasi klinikal.""--PENYELIDIKAN ANTIKKANSER 33: 745-746 (2013), Februari 2013 ""Setiap tahun, editor subjek Choice memilih untuk mengiktiraf karya cetak dan elektronik paling penting yang disemak dalam Choice pada tahun kalendar sebelumnya. Genom Manusia, 3e, muncul setiap tahun dalam edisi Januari Choice, senarai penerbitan berprestij ini mencerminkan yang terbaik dalam tajuk ilmiah dan menarik perhatian luar biasa daripada komuniti perpustakaan akademik. Ciri 2011 termasuk 629 tajuk dalam 54 disiplin dan subseksyen.""--PILIHAN Tajuk Akademik Cemerlang, 2011 ""Ditulis dengan baik, terkini dan menarik, edisi baharu The Human Genome (2nd ed., 2005 1st ed., CH, May'99, 36-5066) oleh Richards (Univ. Michigan) dan Hawley (Institut Stowers untuk Penyelidikan Perubatan) dengan tepat menggambarkan sari kata. Padat dengan maklumat, ia mudah dibaca dan mudah difahami. Ia termasuk ilustrasi penuh warna, carta, lukisan dan jadual. Kajian kes dan kotak minat bar sisi menceritakan kisah menarik yang menarik minat pembaca dan membantu menjadikan bahan itu boleh diakses oleh semua. Soalan kajian akhir bab termasuk esei ringkas dan idea untuk projek sumber. Tapak Web pendamping menyediakan soalan tambahan dan menunjukkan bahawa bank imej dan sumber video penstriman akan tersedia tidak lama lagi. Karya ini boleh digunakan dengan mudah untuk kelas biologi pelajar baru atau untuk bacaan individu untuk orang yang berminat dalam subjek ini. Namun, ia mempunyai maklumat teknikal dan perincian yang mencukupi untuk berguna untuk kelas jurusan peringkat atasan dalam genetik manusia juga. Ia menangani semua topik yang secara tradisinya diliputi dalam buku teks genetik manusia tanpa membaca seperti buku teks. Ia mencapai keseimbangan yang sempurna antara menjadi ketat dan menarik, dan patut disertakan dalam karya genetik manusia semasa yang paling popular.""

Rumusan: Sangat disyorkan. Khalayak akademik, umum dan profesional, semua peringkat. nbsp

C. A. Klevickis, Universiti James Madison Disemak pada 2011 Jun PILIHAN

""Pendidikan dan komunikasi yang lebih baik ialah dua perkara yang ditekankan berulang kali apabila ia datang untuk menentukan cara terbaik untuk menjadikan genomik sebahagian besar daripada rutin kesihatan umum orang ramai, atau lebih arus perdana. Panduan Pengguna, sebagai teks atau rujukan, boleh menjadi sebahagian daripada perbualan itu dengan orang ramai. Kerana betapa mudahnya ia bermula, buku itu boleh digunakan dengan baik di sekolah menengah apabila pelajar mula belajar tentang bidang penyelidikan yang lebih kompleks dan mula mengembangkan minat dalam pendidikan tinggi dalam sains. Ia juga boleh berfungsi dengan baik sebagai panduan dalam pendidikan tinggi, kepada mereka yang mengikuti bidang yang lebih khusus seperti penyelidikan kanser atau perubatan peribadi, atau malah sebagai pemula perbualan yang merangsang pemikiran dalam kelas etika atau perbincangan tentang implikasi penyelidikan genomik lanjutan." "

Christie Rizk, Teknologi Genom keluaran Februari 2011, http://www.genomeweb.com

"" Edisi ketiga tinjauan komprehensif genom manusia ini menyediakan pemeriksaan terperinci tentang sains, khususnya biologi dan dalam konteks yang lebih luas, genetik manusia. Ditujukan untuk pelajar dan penyelidik peringkat permulaan, volum bermula dengan mekanik gen mudah dan merangkumi fungsi gen, kromosom, sifat kompleks, penemuan gen dan genetik dalam ujian dan rawatan. Bab mengandungi banyak ilustrasi berwarna, jadual, bar sisi dan glosari besar serta soalan kajian dengan kunci jawapan.""

Semakan

Mengenai Pengarang

Julia E. Richards (PhD, Genetik, Universiti Wisconsin) ialah Profesor Oftalmologi dan Sains Visual dan Profesor Epidemiologi di Universiti Michigan di Ann Arbor di mana beliau mengajar genetik pengenalan kepada pelajar siswazah di Sekolah Kesihatan Awam. Dia terkenal dengan penyelidikannya mengenai penyakit mata yang diwarisi dan telah menerbitkan banyak bab dan artikel penyelidikan yang memberi tumpuan kepada genetik manusia.

R. Scott Hawley (PhD, Genetik, Universiti Washington) ialah Profesor Penyelidikan dan Penyiasat Persatuan Kanser Amerika di Institut Penyelidikan Perubatan Stowers. Beliau telah berkhidmat sebagai Presiden Persatuan Genetik Amerika pada tahun 2010 dan pada tahun 2008 beliau menerima Anugerah Elizabeth W. Jones untuk Kecemerlangan dalam Pengajaran masyarakat itu. Beliau terkenal dengan pengajarannya, untuk penyelidikannya tentang meiosis dan untuk pengarang banyak buku teks dan kertas penyelidikan.


Lima sebab untuk optimis tentang masa depan penyuntingan genom

Teknologi penyuntingan gen revolusioner CRISPR telah dipanggil penemuan saintifik paling penting pada abad ke-21 dan 2020 mungkin tahun ia menjadi nama biasa. Bukan sahaja filem dokumentari CRISPR "Human Nature" melanda Netflix pada masa sekatan bermakna kita semua menonton lebih banyak kandungan penstriman berbanding sebelum ini, tetapi alat penyuntingan gen yang berkuasa itu juga mendapat kelulusan muktamad daripada komuniti sains.

Penyelidik Emmanuelle Charpentier dan Jennifer A. Doudna telah dianugerahkan Hadiah Nobel Kimia 2020 untuk peranan perintis mereka dalam pembangunan penyuntingan gen CRISPR-Cas9. Bekerjasama pada awal 2010-an, Charpentier dan Doudna mendapati bahawa mereka boleh memotong mana-mana molekul DNA pada tapak tertentu yang telah ditetapkan. Sejak itu, "gunting genetik" CRISPR-Cas9 telah digunakan dalam pelbagai cara kreatif dalam bidang perubatan, sains tumbuhan dan kebajikan haiwan. Ramai yang percaya bahawa teknologi itu akan membuka jalan untuk menyembuhkan penyakit manusia dan memerangi perubahan iklim.

Dengan Hadiah Nobel Kimia 2020 dianugerahkan kepada penemuan CRISPR/Cas9, mereka yang menafikan keselamatan & faedah yang boleh datang daripada teknologi sedemikian sekarang juga mesti menafikan pemimpin dunia dan suara sains, tulis @stuartsmyth66.https:// t.co/DfPbDFdfqq

— Alliance for Science (@ScienceAlly) 9 Disember 2020

“There is enormous power in this genetic tool, which affects us all. It has not only revolutionized basic science, but also resulted in innovative crops and will lead to ground-breaking new medical treatments,” Claes Gustafsson, chair of the Nobel Committee for Chemistry, said when the prize was announced in October.

2. Gene edited pigs approved for food and medical products

Move over salmon, here come genetically modified pigs. In December, the US Food and Drug Administration approved the use of genetically engineered pigs in both food and medical products. These so-called GalSafe pigs are just the second GM animal approved for food after AquAdvantage salmon, which grow to market weight in about half the time of a typical salmon. In a process known as intentional genomic alteration (IGA), GalSafe pigs have had alpha-gal sugar removed from their cells. This means that people who normally suffer allergic reactions to the sugar in pork, beef and other meats would be able to safely consume bacon, chops and other pork products. But the potential of GalSafe pigs goes well beyond food.

The pigs may also be used to produce human medical products free from alpha-gal sugars, including the blood-thinning drug heparin. The FDA said that tissues and organs form the pigs could also “potentially address the issue of immune rejection in patients receiving xenotransplants, as alpha-gal sugar is believed to be a cause of rejection in patients.”

“Today’s first ever approval of an animal biotechnology product for both food and as a potential source for biomedical use represents a tremendous milestone for scientific innovation,” FDA Commissioner Stephen M. Hahn said in a press release. “As part of our public health mission, the FDA strongly supports advancing innovative animal biotechnology products that are safe for animals, safe for people, and achieve their intended results. Today’s action underscores the success of the FDA in modernizing our scientific processes to optimize a risk-based approach that advances cutting-edge innovations in which consumers can have confidence.”

3. Second Green Revolution

New research shows the potential for genome editing to revolutionize agriculture and usher in a second Green Revolution by allowing plant breeding to be performed at an unprecedented pace and in an efficient and cost-effective way. This is expected to propel plant breeding to go beyond its current limits. As the technology rapidly expands, it has been applied to major cereals such as rice, wheat and maize, as well as to other crops important for food security, such as potato and cassava. Another exciting frontier can be found in engineering the microbiome, which is considered to be a “second genome” in plants. This approach has already had a significant effect on agricultural production, researchers found.

Genome editing is predicted to help plant breeders develop crops that can withstand the impacts of climate change, reduce agriculture’s environmental impact, support global food security, offer nutritional benefits and ensure that the planet’s expanding human and livestock population has enough to eat.

4. Latin America leads

Researchers in Latin America are using gene editing to breed hardier varieties of staple crops and fruits, including rice, beans, cassava, cacao, tomato, kiwi, yeast and banana. The work ranges from making the crops climate-resilient to improving the digestibility of beans and conferring disease-resistance. Researchers say the work is important because farmers urgently need seeds that can withstand the climate change effects already present in the Latin American region. It’s also critical because it represents the role that researchers in the Global South will increasingly play to address the needs and challenges specific to their region.

5. Catering to consumers

A Japanese startup, Sanatech Seeds, has introduced the first genome-edited tomato, which offers high levels of Gamma-AminoButyric Acid (GABA). That’s an amino acid that can help to lower blood pressure.

It is one of the emerging gene-edited crops directed specifically at consumers, rather than farmers or food processors. Equally important, Japan has determined it will not apply the same cumbersome regulations that govern genetically modified crops to the tomato. This is important, because GMO regulations can add years and extensive costs to the approval process, slowing down innovation and making it difficult for start-ups and public institutions to compete against multinational companies.

The United States plans to take a similar approach to regulating gene edited crops. That’s good news for consumers and a company like Pairwise, which is using genome editing to develop seedless berries and more nutritious berries and lettuce. Their goal is a worthy one: increase consumption of fruits and vegetables and make them more readily available.


New hope for rare disorders

While Marson’s team busies itself remodeling immune cells, a few miles away at the Gladstone Institutes, on UCSF’s Mission Bay campus, a different sort of genome surgery is underway. There, in the laboratory of senior investigator Bruce Conklin, MD – a UCSF professor of medicine and IGI’s deputy director – the cells of 19-year-old Delaney Van Riper are undergoing experimental procedures that could one day cure her of a worsening disability.

Bruce Conklin, MD, is exploring how CRISPR technology could treat genetic diseases. Photo: Steve Babuljak

Van Riper was born with a rare disease called Charcot-Marie-Tooth (CMT), one of more than 6,000 known genetic disorders, which arise from specific variations in DNA. Such variations – called mutations – throw a wrench in a cell’s protein production line, thus creating deviant or defunct molecules, like Ikea furniture assembled from garbled instructions. In some cases, a mutation in just one DNA base – out of the total 3 billion pairs of bases in the human genome – can wreak severe havoc.

Van Riper’s mutation produces a miscreant protein that degrades her nerve cells’ ability to relay messages between her brain and her muscles, causing her to slowly lose control of her limbs. She was diagnosed at age 7, after her father, a genetic counselor, noticed that she wasn’t walking normally. By age 8, she wore leg braces, laughing along with the kids who called her Forrest Gump, “so they didn’t see me as a cripple.” By age 13, she struggled to hold a pencil.

“There are certain muscles I just don’t have anymore,” she says during a recent visit to the lab. She is seated at a conference table, where a dozen or so researchers from Conklin’s group have gathered to meet her, many of them for the first time.

The researchers know her cells intimately, however. They have isolated them from samples of her blood and nurtured them in petri dishes. They have doused these blood cells with a cocktail of genes that turns them into stem cells, undifferentiated cells that can grow indefinitely. Using another gene cocktail, they have coaxed the stem cells to become nerve cells like those at the root of Van Riper’s disease. They have examined these diseased nerve cells through microscopes, studied their troublesome mutation, and sent in CRISPR systems to try to remove it.

All the while, Conklin and his team have dreamed about a day when a physician might inject CRISPR molecules directly into Van Riper’s spine to heal the nerve cells there a day when the success of this pilot surgery will lead to more CRISPR operations for more diseases a day when patients who once had no hope will come to San Francisco from all over the world to seek these treatments out.

Delaney Van Riper (left) was born with a rare disease called Charcot-Marie-Tooth (CMT), and had donated cells to the lab of Bruce Conklin, MD (right), so he can test DNA surgeries that aim to cure people like her who have rare genetic disorders. Photo: Steve Babuljak

Now the researchers want to know all about this dark-haired teen who wears black skinny jeans, Converse sneakers, and a lip-ring who has trouble using her hands and sometimes stumbles over her feet but sits with exquisite posture who speaks eloquently and vulnerably about the disease that once made her question who she is and inspired her to become a writer and a medical trailblazer.

“How does it feel to be part of this project?” someone asks.

“It’s nice to realize people are looking into a solution for people like me who don’t have any solutions,” Van Riper says. “I feel you really care.” She flashes a grin and adds, “I like nerds.”

“Do you worry about the risks?”

“I’ve lived long enough to have an experience of life with a disability. If something goes wrong, I don’t think it would be as scary as some people think. We can’t know until we do it. I’m fine being that person doing it.”

“I know it’s not a for-sure fix. Secretly, though, I do think it will work.”

So do many of Conklin’s patient volunteers. Some, like Van Riper, have CMT others have genetic mutations that cause BEST disease, an eye disorder that leads to blindness.

It’s nice to realize people are looking into a solution for people like me who don’t have any solutions. I feel you really care.”

Conklin’s team is starting with these two rare diseases for several reasons. First, they each arise from well-known mutations in a single gene, making the CRISPR surgeries relatively simple to design. Second, they affect tissues where CRISPR systems can be easily administered and their effects easily measured. Third – and perhaps most important – these diseases are currently untreatable any relief from their devastation is, for most patients, worth the potential risks (which may include, for instance, cuts in undesired parts of the genome).

“Almost universally, the first targets of genome surgery will be incurable diseases, where there is truly no other option,” Conklin says. “If we can treat these, it will open the door to a new type of medicine.”


Artikel jurnal saintifik untuk bacaan lanjut

Ormond KE(1), Mortlock DP(2), Scholes DT(3), Bombard Y(4), Brody LC(5), Faucett WA(6), Garrison NA(7), Hercher L(8), Isasi R(9), Middleton A(10), Musunuru K(11), Shriner D(12), Virani A(13), Young CE(3). Human Germline Genome Editing. Am J Hum Genet. 2017 Aug 3101(2):167-176. PubMed: 28777929. Free full-text available from PubMed Central: PMC5544380.

Gupta RM, Musunuru K. Expanding the genetic editing tool kit: ZFNs, TALENs, and CRISPR-Cas9. J Clin Invest. 2014 Oct124(10):4154-61. doi: 10.1172/JCI72992. Epub 2014 Oct 1. Review. PubMed: 25271723. Free full-text available from PubMed Central: PMC4191047.

Hsu PD, Lander ES, Zhang F. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering. sel. 2014 Jun 5157(6):1262-78. doi:10.1016/j.cell.2014.05.010. Review. PubMed: 24906146. Free full-text available from PubMed Central: PMC4343198.

Komor AC, Badran AH, Liu DR. CRISPR-Based Technologies for the Manipulation of Eukaryotic Genomes. sel. 2017 Apr 20169(3):559. doi:10.1016/j.cell.2017.04.005. PubMed: 28431253.

Lander ES. The Heroes of CRISPR. sel. 2016 Jan 14164(1-2):18-28. doi:10.1016/j.cell.2015.12.041. Review. PubMed: 26771483.


Scientists sequence genome of human's closest invertebrate relative

Botryllus schlosseri is humans' closest living invertebrate relative. Credit: Chris Patton

(Phys.org) —Botryllus schlosseri, a small sea creature, can regenerate its entire body from its blood vessels alone. Stanford researchers hope that sequencing its genome will lead to advances in regenerative and transplant medicine for humans.

At first glance, Botryllus schlosseri has very little in common with humans. The small sea creature fuses together with others to form colonies that look like psychedelic blobs, encrusting rocks and seaweeds. It can reproduce asexually, and an entire individual can be regenerated from its blood vessels alone.

And yet, Botryllus is humans' closest living invertebrate relative. (Invertebrates lack a spinal column.) Now, a group led by Stanford scientists has sequenced its genome, making it possible to find the genetic basis for some of the animal's amazing regenerative abilities and immunity features, which potentially could be applied to human medicine.

In total, the group sequenced the animal's 580 million base pairs of DNA. (The human genome, by comparison, consists of more than 3 billion base pairs.) Though the researchers haven't studied the entire genome, they found evidence that Botryllus makes a useful invertebrate model for studying human genetics, in particular for highlighting the evolution of immunity and stem cell-mediated regeneration.

The researchers compared the Botryllus genome with several vertebrate and invertebrate genomes. Focusing on genes involved in various human diseases – affecting things such as heart and eye development, pregnancy and cancer – they found homologous genes for each in Botryllus, far more matches than in any of a dozen other invertebrates commonly used in research.

An additional investigation of blood-related genes revealed that Botryllus was probably the first invertebrate to have vasculature in the same context of the human circulatory system, with blood cells traveling through blood vessels.

For example, in looking at a set of 20 genes that encode for humans' hematopoietic stem cells – cells that can self-renew and differentiate into other types of blood cells – they found 14 that are also expressed in cells isolated from the Botryllus stem cell niche. The scientists are now investigating how these genes function in Botryllus.

"The whole body can regenerate from the vasculature alone: the heart, digestive system, sophisticated tissues," said Ayelet Voskoboynik, a scientist at Stanford's Stem Cell Institute and Hopkins Marine Station, and the lead author on the study. "And it can do this relatively fast, probably using stem cells. Now that we have the genome, we can try to understand the mechanism behind it."

The study of Botryllus' genome could also lead to advances in transplant medicine. When two genetically distinct Botryllus colonies come into contact with each other, they either fuse their blood vessels to create a single organism, or reject one another and maintain individuality. When the blood vessels between the two colonies fuse into one interconnected network, the stem cells from each partner colony begin to circulate throughout the other.

The stem cells compete and in many cases one partner's stem cells "win" – and any new or replacement tissue grown through the fused colony does so based on the "winner's" genetic code.

A similar process occurs in humans who undergo an allogeneic transplant – when a patient receives tissue or cells from a non-identical donor. For instance, if a patient receives bone marrow or a ligament graft from a donor, over time, the recipient's cells replace the donor tissue.

In some instances, particularly concerning transplants of bone marrow or hematopoietic stem cells, the recipient's body rejects the donor cells. Voskoboynik suspects that studying the genetic basis for this interaction in Botryllus could lead to improvements in human therapies.

"If we can learn what makes a highly competitive stem cell a winner, and why others are rejected, we could hope to apply that knowledge to improve the success rate of allogeneic transplantations in humans," Voskoboynik said.

An important byproduct of the research, Voskoboynik said, was that Botryllus' complicated genome required the team to develop a new sequencing technique. The method, which has been patented, yielded exceptionally long, accurate sequences of DNA.

Additionally, rather than creating an average of the genetic information encoded on each paired chromosome, as standard techniques do, the new method yielded individual results from each chromosome. That advance, Voskoboynik said, could play a critical role in studying human diseases that occur as the result of different versions of genes existing on paired chromosomes.

The study was recently published in the peer-reviewed journal eLIFE.


Tonton video: Kejahatan eugenik dan pengurutan DNA dalam proyek genom manusia. (Februari 2023).