OITSni davolashdan to superodam yaratgungacha. CRISP/Cas texnologiyasi: o’zi nima va u nima uchun kerak?

Yanvar 5, 2019

Xondamir Rustamov
Farg’ona davlat universiteti
Biologiya o’qitish metodikasi 1-bosqich talabasi

Kasalliklarni genetik darajada davolash zamonida, hozirgi tibbiyot uchun butun tirik olamning universal biologik kodi – DNKni muvaffaqiyatli tahrirlash maqsadida molekular skalpellar muhimligi juda ham oshib boryapti. Bugungi kunda shunday molekular skalpellarning ichida eng bexatosi bu CRISP/Cas texnologiyasidir. Kelinglar unda CRISP/Cas o’zi nima va u bilan nima qilish mumkinligini ko’raylik.

Bakterial immuniteti haqida bir og’iz gap

Bakteriyalar – bizning mikroskopik ukalarimiz – ham kasal bo’lishadi. Bakteriyalarning kasalliklarini qozg’atuvchi agentlar – bakteriofag-viruslardir. Va albatta, Darvin bobomizning tabiiy tanlanish mexanismlariga ko’ra, bakteriyalar bu dunyoda o’z avlodini qoldirib, o’z turini saqlab qolishlari uchun viruslarga qarshi muvafaqqiyatli kurashish metodlarini (bakterial immunitet desak xato bo’lmas edi) o’ylab topishlari kerak bo’lgan. Va aynan CRISP/Cas shu bakterial immunitet vazifasini bajaradi.

Hayot davomida bakteriya hujayrasiga yuzlab o’zga DNK zanjirlari (keling ularni qulfga o’xshataylik) tushib qoladi. Shu qulflar ichidan bir nechtasi bakteriya uchun xavfli bo’ladi – bular virus DNKsidir.

CRISP/Cas shu virus DNKsi bilan kurashadi. U ikki qismdan iborat: birinchisi – kalit – u xavfli qulflarga tog’ri tushib ularni tanib oladi, ikkinchisi esa – bolg’a – u qulfni sindirish qobiliyatiga ega.

Agar siz bakteriya bo’lsangiz viruslarga qarshi kurashish quroli – CRISP/Cas – tayyorlash usulini yozib oling. Buning uchun sizga quyidagicha masalliqlar kerak bo’ladi:

– DNK zanjirini kesa oladigan Cas nukleaza-oqsili (“bolg’a”) – 1 dona (Siz buni xromosomangizdagi Cas genidan osongina sintez qilib olishingiz mumkin).

– Virus DNKsini tanib oladigan, 20-30 nukleotiddan iborat bo’lgan RNK zanjiri (RNK-gid deb nomlanadi -“kalit”) – 1 dona (bu masalliqni ham xromosomangizdagi CRISP genidan sintez qila olalasiz)

– CRISP/Casning tog’ri ishlashini tekshirish uchun qandaydir yovuz bakteriofag DNKsi (“qulf”) – bu ham 1 dona.

Yuqoridagi birinchi ikkita masalliqlarimizni bir biriga sitoplazmamizda qo’shamiz. Va bo’ldi, hamma narsa tayyor.

**Rasmda: CRISP/Casning to’liq ko’rinishi**

Keyinchi?

Kalit bilan bolg’a bakteriya hujayrasiga tushgan hamma qulflarni tekshirib chiqishadi. Agar ularning ichida kalitga tog’ri tushadigan qulf topilsa, bu qulf virus DNKsi deb hisoblanadi va Cas oqsili virus DNK zanjirini shavkatsizlik bilan ikkiga bo’lib tashlaydi va u endi foydasiz nukleotidlar to’plamiga aylanib qoladi.

**Rasmda: CRISP/Casning virus DNKsini topish va kesish jarayoni**
1)CRISP/Cas va bakteriya hujayrasiga tushgan o’zga DNK zanjirlari.
2)RNK-gid DNK zanjirlarini xavflikligini tekshirmoqda. DNK RNK-gidning tanuvchi nukleotidlariga 100% komplementar – bu virus DNKsi. 3)DNK RNK-gidning tanuvchi nukleotidlariga 100% to’g’ri kelmadi – bu virus DNKsi emas
4) Cas nukleaza-oqsili virus DNKsini qaychi singari kesib tashlamoqda
5) Ikkiga kesilgan xavfsiz virus DNKsi

Xo’p… endi aytingchi bundan odamlarga foydasi bormi?

Ha, juda ham to’g’ri savol. Yuqorida aytilgan gaplar bilan odamlarda kasalliklarni davolash o’rtasida bitta ham o’xshashlik yo’qligiga siz ham e’tibor bergan bo’lsangiz kerak. Chunki biz virus yoki hatto bakteriyalar ham emasmiz.

CRISP/Cas sistemalari dunyo ilm-fanini juda ham katta qiziqishini jalb qildi. Ko’plab olimlar CRISP/Casni o’rganishni boshladi. Ularning tadqiqotlari CRISP/Cas nafaqat virus DNKsini, balki undan ancha murakkabroq organizmlarning (ko’plab xayvonlar, va shu jumladan odamning ham) DNKsini kesa olishini ko’rsatib berishdi. Bunday DNKni “qirqish” hozirgi ilm-fanda juda ham katta ahamiyatga ega. Buning yordamida biz, masalan, bir xilgi nasl kasalliklarga olib keluvchi genlarni “o’chirib” qo’yishimiz mumkin.

Buning uchun biz o’zimizning organizmimizdagi o’zgartirishni xohlaydigan genimizni (qulfni) taniydigan RNK-gid (kalit) tayyorlashimiz kerak. Bu ishni biz hozirgi gen injeneriya metodlari yordamida osonlik bilan bajarishimiz mumkin.

Bundan so’ng biz o’zgartirilgan kalit bilan boltani biriktiramiz va odam xujayrasi ichiga jonatamiz.

CRISP/Cas odam hujayrasiga tushganidan so’ng bakteriya ichida bo’lib o’tgan stsenariy bo’yicha ishlashni boshlaydi. RNK-gid kerak genni topadi va Cas oqsili bu genni qaychi singari ikkiga kesib tashlaydi.

Shu yerdan stsenariyda o’zgarishlar paydo bo’ladi. Biz virus emasmiz va bizning xujayralarimizda maxsus DNKni himoya va saqlash sistemalari mavjud.

Agar hujayra o’zining DNKsi shikastlanganligini bilib qolsa u albatta o’z ichida “harbiy holat” e’lon qiladi. Bundan so’ng xujayra ikki DNK zanjirlarini bir biriga oddiy urushtirish orqali biriktirishga harakat qiladi. Bu harakat DNK zanjirlarini biriktirishiga olib keladi, ammo bunda o’rtadagi ayrim nukleotidlar tushib qolishiga sabab bo’lishi mumkin. Bu genni “o’chishiga” yoki genni ichida xavfliroq mutatsiyalariga sabab bo’lishi mumkin.

**Rasmda: Hujayrada DNK reparatsiya jarayoni.**
1)Hujayra shikastlangan DNK zanjirini topib oldi.
2)Hujayra ikki DNK zanjirlarini urushtirish yo’li bilan birlashtirishga harakat qilmoqda (ayrim nukleotidlar tushib qoldi).
3)Shikastlangan DNK zanjiri, 3a-biz kiritgan DNK zanjiri, 3b-o’xshash nukleotidlar ketma-ketligi, 3d- o’zgartirilgan gen.

Bu ishda faqat omadga ishonib qolmasligimiz uchun, biz CRISP/Cas bilan birga xujayra ichiga biz o’zgartirishni xohlaydigan gen bilan chekkalari o’xshash DNK zanjirini jo’natishimiz mumkin. Xujayra bu DNK zanjirimiz genni gomologik kopiyasi deb hisoblaydi va shu DNK zanjiri asosida o’zining genini reparatsiya (tuzatish) qiladi.

Shu bois biz nafaqat genlarni bexato “kesa” olamiz, balki ularga xohlaganimizdek yangi genlar qo’sha olamiz.

Bu texnologiya odamlarda hozirgacha ishlatilganmi? Kelajakda bizni nima kutmoqda?

CRISP/Cas ustida tajribalar butun dunyoda juda ham katta tezlik bilan olib borilyapti. Ayni paytda organik olamning ko’plab turlarining genomini taxrirlash metodlari ishlab chiqilgan. Bu texnologiyani odamlarda qo’llanishi ham chuqur o’rganib chiqilyapti. Masalan, 2016 yilning oktabr oyida xitoylik olimlar o’pka saratoniga chalingan bemorning genlarini ilk marotaba muvaffaqiyatli taxrirla olishalgan, 2015 yilda olimlar beta-talassemiya bilan kasallangan odam embrionlarini genomini taxrirlashgan. 2018 yilning noyabr oyida yana Xitoyda Xe Tszunkay olim tomonidan CRISP/Cas texnologiyasi yordamida dunyoda birinchi gen-o’zgartirilgan chaqaloqlar (ularda OITSga olib keladigan gen o’zgartirilgan) yaratishda yordam berganligi tog’risida e’lon qilindi (bunga aniq ilmiy tasdiqlar hali yo’q).

Kelajakda CRISP/Cas texnologiyasi nimalarga qodir ekanligini tasavvur qilish ham qiyin. Fantaziyamizni yaxshiroq ishlatsak, Gollivudning yangi fantastik blokbasteri syujetini o’ylab qo’yishimiz ham mumkin. Real dunyoda esa bu umuman boshqa masala – ilm etikasi masalasi, lekin bu butunlay boshqa mavzudir…