Ứng dụng kỹ thuật CPISPR
Các lặp lại palindromic ngắn, xen kẽ, phân cụm đều đặn (CRISPR) đại diện cho một họ lặp lại DNA được mô tả lần đầu tiên vào năm 1987 ở một vùng xen kẽ trong bộ gen của E. coli K12, thường đi kèm với các protein liên quan đến CRISPR (Cas). Sự đa dạng của các trình tự CRISPR được tìm thấy trong thế giới vi sinh vật mang đến cơ hội khai thác chúng trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Các ứng dụng chính của hệ thống CRISPR bao gồm việc sử dụng khả năng siêu biến đổi của các mảng này cho mục đích xác định kiểu gen (chủ yếu đối với các chủng gây bệnh) và can thiệp qua trung gian crRNA để kháng thể thực khuẩn ở các chủng liên quan đến công nghiệp. Trong những năm gần đây, việc thao tác chính xác bộ gen là một trong những ứng dụng mang tính cách mạng trong nỗ lực nghiên cứu y sinh.
Genotyping
Các locus CRISPR và tính đa dạng của nó ban đầu được khai thác để phân loại các chủng Mycobacteria và Yersinia, còn được gọi là kỹ thuật phân loại spacer-oligotyping (spoligotyping). Nguyên tắc của phương pháp dễ thực hiện này là khuếch đại PCR toàn bộ locus CRISPR với các đoạn mồi được dán nhãn và nhận biết trình tự Lặp lại trực tiếp (DR). Vì hàm lượng chất đệm mang tính đặc trưng của chủng nên các kiểu lai khác biệt cho phép phân tách các chủng.
Với một số cải tiến đối với phương pháp phân nhóm cổ điển (chẳng hạn như tự động hóa và sử dụng vi hạt thay vì màng), kỹ thuật này vẫn là tiêu chuẩn vàng để phân nhóm các thành viên của phức hợp Mycobacteria bệnh lao . Phương pháp phân loại spoogty thế hệ tiếp theo cũng được sử dụng để phân loại các chủng Salmonella và Campylobacter jejuni.
Các locus CRISPR cung cấp một cách để thăm dò các quần thể sinh thái khác nhau nhằm giải quyết sự đa dạng của quần thể vật chủ và virus trong các hệ thống phức hợp – ví dụ, trong môi trường sống tự nhiên và mẫu vật của con người.
Việc sử dụng các kỹ thuật giải trình tự sâu metagenomic để phân tích sâu rộng các trình tự CRISPR có thể mang lại những hiểu biết sâu sắc về quỹ đạo tiến hóa và động lực học của cả quần thể vật chủ và virus.
Kháng phage
Từ quan điểm công nghiệp, nơi mà sự tấn công của thực khuẩn thể được coi là một vấn đề lớn trong quá trình lên men sữa trong gần 80 năm, cần phải chuyển các hệ thống kháng thể thực khuẩn sang các chủng nhạy cảm với thể thực khuẩn có tầm quan trọng trong công nghiệp.
Trong số các phương pháp khác nhau được sử dụng để tạo ra các chủng kháng thể thực khuẩn là khai thác hệ thống CRISPR/Cas. Các quy trình lựa chọn các chủng chứa CRISPR mà không cố ý sửa đổi gen đã được áp dụng cho Streptococcus thermophilus trên sữa . Ngược lại, một khả năng khác để tạo ra các chủng kháng thể thực khuẩn là sự tích hợp các miếng đệm tổng hợp phù hợp với trình tự được bảo tồn của các thể thực khuẩn xuất hiện trong công nghiệp vào mảng CRISPR của vi khuẩn khởi đầu.
Lợi ích của việc sử dụng các biến thể dựa trên CRISPR là rất lớn và rất hứa hẹn. Đặc biệt, ngành công nghiệp lên men có thể được hưởng lợi rất nhiều bằng cách đưa các biến thể kháng thể thực khuẩn vào nhóm chủng cấy ban đầu. Hơn nữa, khả năng bảo vệ qua trung gian CRISPR chống lại các plasmid liên hợp có thể được sử dụng để hạn chế sự lây lan của các chủng kháng kháng sinh trong bệnh viện.
Genome Engineering
Công nghệ CRISPR/Cas chắc chắn đã cách mạng hóa việc chỉnh sửa bộ gen, mang lại mức độ nhắm mục tiêu bộ gen, sự đơn giản và hiệu quả không thể đạt được cho đến nay. Các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới hiện đang sử dụng công nghệ này cho những ứng dụng chưa từng có trong y sinh.
Mặc dù các hệ thống CRISPR/Cas loại I và III thể hiện hoạt động nuclease được hướng dẫn bởi RNA, nhưng nó được thực hiện trong các phức hợp ribonucleoprotein lớn và đa phân tử, điều này cản trở sự phát triển của nó như một công cụ phân tử. Ngược lại, hệ thống loại II chỉ dựa vào một endonuclease duy nhất (đáng chú ý nhất là Cas9) có thể tạo ra những ngắt quãng có thể đoán trước được trong chuỗi mục tiêu.
Sự dễ dàng của việc lập trình CRISPR/Cas9 (đồng bộ với cơ chế tách DNA duy nhất), nhận dạng đa kênh của mục tiêu, cũng như toàn cảnh các biến thể hệ thống CRISPR/Cas loại II trong tự nhiên, đã dẫn đến những phát triển đặc biệt bằng cách sử dụng phương pháp này tương đối đơn giản và dễ dàng. công nghệ tiết kiệm chi phí để chỉnh sửa, điều chỉnh, sửa đổi và đánh dấu các locus gen của vô số sinh vật.
Tài liệu tham khảo
- http://aem.asm.org/content/80/2/430.full
- http://genesdev.cshlp.org/content/28/17/1859.full
- http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4343198/
- http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4433013/
- http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0300908415001042
- http://biochem158.stanford.edu/Final%20Papers%202014/Dubrow%202014.pdf
