“Уучлаарай, генээ засуулах гэсэн юм?”

1990 онд эхэлсэн “Хүний геном төсөл” нь 2003 онд хүний бүх генийн 99%-ийг 99.99%-ийн нарийвчлалтайгаар уншиж дууссанаар өндөрлөсөн юм. Үүний дараагаар “1000 хүний геном төсөл” 2008 онд эхлэн 2010 онд дуусч, 2012 онд 1,092 хүний ДНХ-ийн дараалал “Nature” сэтгүүлд хэвлэгдэв. Эдгээр судалгааны үр дүнд мөнгөтэй хүмүүс нь өөрийн генийг уншуулан, тусах магадлалтай өвчнөө тодорхойлж, түүнээсээ урьдчилан сэргийлэх арга хэмжээ авах, зарим нэг нь хүүхдийнхийгээ уншуулан, юунд илүү авьяастайг нь тодорхойлж, тэр чиглэлээр нь хөгжүүлэх болсон юм.1)

 Харин энэ удаад бас нэгэн дэвшилтийг авчирсан нээлт бол хүссэн ДНХ-ийн гинжин хэлхээний заагдсан газар нь хялбар аргаар шинэ дараалал оруулах (мутаци хийх) арга болох CRISPR-Cas9 юм. Энэхүү технологи нь молекул биологи, биотехнологи, анагаахын чиглэлд хурдацтай дэвшил авчирав. Энэ нь хулгана, сармагчин гэсэн амьтдаас гадна, хүн дээр ч ашиглагдаж болно. Мутаци гэхээр “Х хүн”, “Годзила” зэрэг Америкийн кинонууд санаанд орох байх. Эдгээр кинонд гардаг нь байгалийн жамаар эсвэл радио идэвхит цацрагаас үүдэн, хүн амьтны генд өөрчлөлт орон супер хүчтэй хүн, амьтан төрж байгаа гардаг. Эдгээрт зөвхөн санаандгүй үүссэн мутаци гардаг. Харин санаатайгаар хүссэн генийг нь өөрчилж чаддаг болбол яах бол? Магадгүй супер байдаггүй юм аа гэхэд, сонсгол, хараа сайтай, ухаантай, царайлаг хүүхэдтэй болохыг мөрөөдөх эцэг эхчүүд байж болох юм. Эхэндээ үүнийг сонсоод хүний генд өөрчлөлт оруулна гэдэг байж болохгүй явдал гэж бодож байлаа. Гэхдээ удамшилын өвчтэй эцэг эхчүүдийн хувьд эрүүл хүүхэдтэй болж чадах боломж ч нээгдэж магадгүй юм.

  CRISPR-Cas9 систем гэдэг нь яг юу юм бол?

 Энэхүү технологийн гол тоглогчид бол Cas9 болон gRNA (guide RNA: хөтөч РНХ) юм. Cas9 гэдэг нь ДНХ-г таслах энзимийн нэг төрөл бөгөөд CRISPR-Cas9 системд өөрчлөх зорилготой ген орших ДНХ-ийн хэсгийг таслах үүрэгтэй байна. Хөтөч РНХ нь ДНХ-ийн нэг хэсгийн хуулбар бөгөөд, зорьсон генийг олох үүрэгтэй юм. (Зураг 1.)

Cas9

Зураг 1. Cas9 энзим болон хөтөч РНХ

 Хөтөч РНХ нь ДНХ-ийн PAM (proto-spacer adjacent motif) гэсэн хэсгийг олж наалдана. Энэ үед хөтөч РНХ-тэй холбогдон орших Cas9 нь ДНХ-г таслах юм. Өөрийн оруулъя гэсэн ген (ДНХ-ийн дараалал)-ийг Cas9-тай хамт оруулах юм бол, шинээр ген оруулах боломжтой юм.2)  (Зураг 2.)

CRISPR2

Зураг 2. Cas9 ДНХ-г тасалж шинэ ген оруулах нь

 

CRISPR-Cas9 системийн хэрэглээ

 CRISPR-Cas9 нь анхны ген инженерчилэлийн арга биш бөгөөд, үүний өмнө нь TALEN зэрэг арга хэрэглэгдэж байсан юм. CRISPR-Cas9 нь өмнөх аргуудаас хурдтай, хямдхан бөгөөд хялбар арга юм. Одоогийн байдлаар төрөл бүрийн молекул, биологийн шинжлэх ухааны салбарт судалгааны хэрэглүүр маягаар хэрэглээнд ороод байна. Цаашдаа бол анагаах ухааны чиглэлд удамшилын өвчний эмчилгээ, ДОХ зэрэг эмчилэхэд хэцүү өвчний эмчилгээнд хэрэглэх боломжийг хайн судлагдаж байна.

 Жишээ нь, ДОХ-ын хувьд өвчтөний дархлааны эсийг аван, CRISPR-Cas9-н ашиглан вирус халдварлаж чадахгүй эсийг бүтээн, өвчтөнд эргүүлэн тарина. Үүний тусламжтайгаар өвчтөнд вирус халдварлагдах болон халдварлагдахгүй дархлааны эстэй болно. Халдварлагдах нь вируст идэгдэх ч, халдварлагдахгүй нь идэгдэхгүйгээр вирусийг дарах боломжтой юм.

 Удамшлын өвчний хувьд мөн адил дээрхтэй төстэй арга хэрэгжүүлж болох ч төрөх хүүхэд нь мөн адил эдгэрнэ гэсэн үг биш юм. Эрүүл хүүхэдтэй болохыг хүсвэл зигот (үр тогтсон эс)-ын төвшинд гений инженерчлэл хийх шаардлагатай болно. Үүнд 2 асуудал байгаа. Эхнийх нь зигот гэдэг нь цаашлаад хүн болж төрөх магадлалтай тул, энэ нь хүн дээр туршилт хийсэн болж байгаа тул ёс суртахууны асуудал яригдах юм. Удаах нь одоогийн байдлаар энэхүү арга нь 100% амжилттайгаар ген инженерчилж байгаа биш юм.

 Гэвч үүнийг үл тоомсорлон Хятадад зиготыг ашигласан судалгаа хийгджээ. Энд ашигласан нь 3n-тэй зигот буюу нэг өндгөн эсэд 2 сперм орсон зиготыг хэлэх юм. Ийм зиготоос эрүүл хүүхэд төрөхгүй юм. Туршилтад 86 зигот ашиглагдсан бөгөөд оруулах гэсэн ген нь ДНХ-ийн тохирсон хэсэгт орсон нь ердөө хэдхэн байжээ. Эндээс одоохондоо хүн дээр туршихын тул технологийн болоод бусад талаас нь хөгжүүлэх хэрэгтэй тул, одоогоор хүн дээр хэрэглэх нь хараахан болоогүй байгаа биз ээ.2)

Нобелийн шагнал болон патентын асуудал

 CRISPR-Cas9 систем нь 2012 онд Калифорнийн Их Сургуулийн профессор Jennifer A. Doudra болон доктор Emmanuelle Charpentier (Франц) нарын хамтарсан судалгаагаар нээгдсэн юм. Тус хоёр эрдэмтнээс гадна доктор Feng Zhang (Хятад) нь энэхүү технологийг анх удаа нохойн дээр хэрэгжүүлж, ердийнхөөс хоёр дахин их булчинтай болгож чадсан байна.

 Энэхүү судалгаа нь Нобелийн шагнал авах магадлал маш өндөр байгаа судалгаа бөгөөд энэ жил үү, дараа жил үү гэж эрдэмтэд тандан суугаа юм. Гурван эрдэмтэн авах боломжтой уг шагналыг хэн авах бол ч гэж харан суугаа бололтой. Нобелийн шагналаас гадна бас нэгэн асуудал байгаа нь патентын асуудал юм.

 Jennifer A. Doudra, Emmanuelle Charpentier болон Feng Zhang нар нь тус тусдаа бараг зэрэг шахам патентын өргөдөл гаргаж, патентыг нь Feng Zhang доктор авсан юм. Үүнд Jennifer A. Doudra, Emmanuelle Charpentier нар гомдол гаргаж, одоогийн байдлаар энэхүү нээлтийн патент нь маргаантай байгаа юм. Энэхүү маргаанаас болон Jennifer A. Doudra, Emmanuelle Charpentier нар л Нобелийн шагнал хүртэх байх гэж үзэж байгаа ч хүн байгаа бололтой.

CRISPR-Cas9 нь бактерийн дархлааны систем

 CRISPR-Cas9 систем гээд л байдаг, тэгвэл CRISPR гэдэг нь ямар утгатай вэ? Энэ нь нэгэн төрлийн ген юм. CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) нь бактери болон архей (эсвэл архебактер: хэт халуун эсвэл хүчиллэг гэсэн эрс тэс нөхцөлд амьдардаг бичил биетэн)-д байдаг 24-48 ш суурийн богино хэмжээний ДНХ-ийн давтамж юм. ДНХ-н дараалал генийн мэдээлэл (уургийн мэдээлэл) агуулна. Харин CRISPR-н дараалал нь бактерийн олдмол дархлааны систем болох Cas уургийн гэр бүл (Cas family protein)-ийн мэдээллийг тодорхойлно.

 Энэхүү системийг тайлбарлахын өмнө вирус хэрхэн бактерид халдварладаг талаар дурдъя. Хамгийн энгийн вирус нь уургийн бүрхүүл, генийн мэдээлэл болох нуклеотид (ДНХ эсвэл РНХ),  бактерид нэвтрэхэд хэрэг болох дэгээ (spike)-ээс бүтнэ. Үржихийн тулд эдгээр бүтцээ нийлэгжүүлэхгүй бол болохгүй ч, вирус нь нийлэгжүүлэх систем байхгүй. Тиймээс бусад организмын эсийн нийлэгжүүлэх системийг ашиглан үржинэ. Үржих эсдээ наалдан ДНХ-гээ нэвтрүүлнэ. Нэвтэрсэн ДНХ нь бактерийн уураг нийлэгжүүлэх системээр хөрвүүлэгдэж, бактерийн бүтэц болно. Эдгээр бүтэц нь нийлээд вирус болон бактерийн бүрхүүлийг эвдэн гарна.3) (Зураг 3.)

CRISPR3

Зураг 3. Бактери халдварлах вирус бактериофагийн амьдралын цикл

 Иймэрхүү байдлаар вирус нь бактерид халдварлан үйлчилдэг бол, бактери нь ч үүний эсрэг хамгаалах системтэй. Тэр нь CRISPR-ын дархлааны систем юм. Энэхүү дархлааны систем нь дараах 3 шатыг дамжин ажиллана.

  1. Вирус анхлан халдварлахад CRISPR-ийн кодлох уураг болох Cas уургийн гэр бүлийн нэг болох Cas1 нь бактерийн ДНХ-г нэг хэсгийг тастан, тэрхүү мэдээллийг CRISPR-ийн ДНХ-ийн дараалалд олуулна. Энэ нь бактерид ой санамж болж үлдэнэ.
  2. Вирус дахин халдварлахад ой санамж болсон вирусийн ДНХ-г хуулбарлан, хэрэггүй хэсгийг нь Cas6 тасална. Үүнийг крРНХ (CRISPR-RNA: crRNA) гэнэ.
  3. крРНХ нь Cas9-г авчирна. крРНХ, Cas9 болон тракрРНХ (trans-activated crRNA: tracrRNA) нь нийлж комплекс үүсгэнэ. Энэхүү комплекс нь орж ирсэн вирусын ДНХ-г тастан, үржлийг нь зогсооно. Энд дурдагдах крРНХ болон тракрРНХ-ийн нийлсэн нь хөтөч РНХ юм.4,5) (Зураг 4.)

CRISPR4

Зураг 4. Бактерийн дархлааны систем

 Эцэст нь миний зүгээс харахад энэ нь биотехнологийн салбарт нэлээд томоохон дэвшил авчирсан нээлт гэж бодож байсан ч хүний генийг өөрчлөх тухайд бодолгүй л явлаа. Үнэхээр магадгүй хэзээ нэгэн цагт хүн төрөлхтөн өөрийгөө хөгжүүлэн шинэ зүйлийн хүн ч гарч болох юм. Ирээдүйд юу болохыг бид мэдэх биш. Гэхдээ одоо бол дэлхий дээр ёс суртахууны асуудал, аюулгүй байдал энэ тэр гээд хүлээн зөвшөөрөхгүй хүн олон байгаа биз ээ. Одоог хүртэл генийн өөрчлөлт оруулсан хүнсний бүтээгдэхүүн (GMO) ч хүлээн зөвшөөрөгдөөгүй байгаа болохоор энэ технологи ч хүн дээр хүрч иртэл удах байх. Түүний өмнө уг технологийг ашиглах тал дээрх ёс суртахууны асуудлууд хэлэлцэгдэх биз ээ.

 

Ө. Нарандулам
Иватэ их сургууль, ХАА факультет, магистрийн 1-р курс
2016.2.19

Ашигласан материал:

  1. Википедиа
  2. Күмамүши (баавгайн хорхой) доктрын тэмдэглэл http://horikawad.hatenadiary.com/entry/2015/10/05/123910  
  3. Википедиа: Бактериофагийн үзжил https://en.wikipedia.org/wiki/Lytic_cycle
  4. CRISPR-Cas9 систем ашигласан геном инженерчлэл http://syodokukai.exblog.jp/19701018/
  5. Шинжлэх ухааны “Science” сэтгүүл: P. Mali et al., Science, 2013, 339 (6121):823-6.

Хуваалцах

1 Comment

  1. Танай хамгийг чухал бичих ёстой ш.у чинь огт явахаа байжээ… ☹️

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*