Nghiên cứu mới từ Cornell cung cấp cái nhìn sâu sắc về một dòng hệ thống CRISPR, có thể dẫn đến các công cụ kỹ thuật mô và kháng vi-rút đầy hứa hẹn ở động vật và thực vật.
Nghiên cứu của Ailong Ke, Giáo sư sinh học phân tử và di truyền học Robert J. Appel tại Đại học Nghệ thuật và Khoa học, và Stan J.J. Brouns tại Đại học Công nghệ Delft ở Hà Lan, tập trung vào một hệ thống Caspase hướng dẫn bằng RNA CRISPR mới được phát hiện, còn được gọi là Craspase.
Các hệ thống CRISPR-Cas là các hạt nhân được điều khiển bằng RNA trong vi khuẩn phân tách các mục tiêu DNA hoặc RNA của virus ở các vị trí chính xác để kích hoạt các ứng dụng chỉnh sửa bộ gen mạnh mẽ. Caspase là một họ protease kiểm soát quá trình chết tế bào theo chương trình ở động vật, bao gồm cả con người. Một phát hiện gần đây rằng các protein giống như caspase có thể liên kết với CRISPR-Cas đã kích thích cộng đồng khoa học. Các caspase do CRISPR hướng dẫn như vậy được đặt tên mới là Craspase.
>> Tham khảo: Công nghệ mới trên chip tạo ra các xung cực nhanh.
Ke cho biết: “Một mặt, mối liên hệ này hoàn toàn bất ngờ và chỉ ra các phương thức hoạt động chống vi-rút mới ở vi khuẩn. “Mặt khác, chúng ta có thể sử dụng một hệ thống như thế này để phát triển nhiều ứng dụng công nghệ sinh học và trị liệu, nếu chúng ta hiểu tất cả các thiết bị bên trong máy móc này.”
Bài báo của các nhà nghiên cứu về chủ đề, “Craspase là một protease được kích hoạt bởi RNA, được hướng dẫn bởi CRISPR,” đã được xuất bản vào ngày 24 tháng 8 trên tạp chí Science. Đối với bài báo này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng ảnh chụp nhanh bằng kính hiển vi điện tử lạnh của các hệ thống Craspase để giải thích cách chúng phân tách để nhắm mục tiêu RNA và kích hoạt các enzym protease, có thể phá vỡ protein.
Ke nói: “Những bức ảnh chụp nhanh này dẫn đến một bộ phim phân tử độ nét cao. “Bằng cách xem đi xem lại, chúng tôi biết chính xác cách Craspase xác định mục tiêu RNA, làm thế nào điều này lại kích hoạt protease, hoạt động kéo dài bao lâu và điều gì cuối cùng sẽ tắt hoạt động của protease. Các ý tưởng bắt đầu tuôn trào, về cách làm thế nào để rút sức mạnh từ nền tảng này.”
>> Tham khảo: Asphaltene biến thành graphene cho vật liệu tổng hợp.
Đồng tác giả đầu tiên Chunyi Hu, một cộng tác viên sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Ke, cho biết hệ thống Craspase rất được quan tâm. “Có rất nhiều sự cạnh tranh. Chúng tôi và các cộng tác viên Hà Lan đã cùng nhau hợp lực và làm việc cả ngày lẫn đêm để giải câu đố”, Hu nói. “Quá trình này có tiềm năng thú vị vì đầu ra của Craspase là protein chứ không phải sự phân hủy DNA.”
Ke cho biết: “Với các công nghệ CRISPR khác, người ta lo lắng liệu các enzym mà chúng ta sử dụng để chỉnh sửa DNA có đủ an toàn hay không, liệu có thể có thiệt hại phụ hoặc sai mục tiêu hay không. “Với Craspase, chúng ta có thể đạt được nhiều kết quả điều trị có lợi tương tự mà không phải lo lắng về sự an toàn của bộ gen.”
Công trình được báo cáo trong bài báo cũng giúp các nhà nghiên cứu hiểu Craspase làm gì bên trong tế bào vi khuẩn, Ke nói. Ke cho biết: “Công việc của các cộng tác viên của chúng tôi cho thấy rằng nó giống như một công tắc chính – sự phân tách protein kích hoạt một loạt các sự kiện trong tế bào vi khuẩn mà cuối cùng có khả năng giết chết chúng”. “Chúng tôi có một phần câu trả lời trong nghiên cứu này. Chúng tôi vẫn đang điều tra.”
>> Tham khảo: Giảm đánh bắt nhầm bằng các biện pháp ngăn chặn cảm biến.
Nghiên cứu gần đây này cũng sẽ giúp các nhà khoa học hiểu được sự tương đồng giữa quá trình chết tế bào được lập trình trong con đường tế bào người và quá trình tương tự trong con đường tế bào vi khuẩn.
Ke cho biết: “Chúng tôi nhận ra rằng cùng một nhóm protease (caspase) đang kiểm soát các con đường chết tế bào được lập trình trong cả hai giới của sự sống. “Quan sát này cho thấy con đường này ăn sâu đến mức nào.”
Bên cạnh việc tìm hiểu sâu hơn về khía cạnh chức năng của quy trình này, Ke cho biết, và nhóm sẽ chuyển sang khía cạnh ứng dụng, có thể bao gồm kỹ thuật mô ở động vật và kỹ thuật nông nghiệp. “Tôi hy vọng nhiều nhà điều tra sẽ đánh giá cao tiềm năng của hệ thống này và tham gia,” Ke nói. “Tất cả chúng ta đều nghĩ về nuclease do CRISPR hướng dẫn như một công cụ để chữa các bệnh di truyền, nhưng các protease do CRISPR hướng dẫn có thể có tác động đối với sinh học theo một cách rộng lớn hơn nhiều.”
>> Tham khảo: Cách tiếp cận mới tăng gấp đôi hiệu quả chỉnh sửa tế bào gốc.
Nghiên cứu của Ke trong lĩnh vực này được tài trợ bởi các khoản trợ cấp từ Viện Y tế Quốc gia và Khoản tài trợ Biên giới Mới từ Trường Cao đẳng Nghệ thuật và Khoa học. Ke và Brouns là đồng tác giả tương ứng và Hu và Sam van Beljouw, thuộc Đại học Công nghệ Delft ở Hà Lan, là đồng tác giả đầu tiên của ấn phẩm Khoa học.
