RALİYE – Buna bir CRISPR bilmecesi deyin.
Bakteriler, virüsler gibi düşmanların saldırılarına karşı koymak için uyarlanabilir bağışıklık sistemleri olarak CRISPR-Cas sistemlerini kullanır. Bu sistemler bilim adamları tarafından çeşitli organizmalardaki belirli genetik kod dizilerini kaldırmak veya kesmek ve değiştirmek için uyarlanmıştır.
[CRISPR-Cas Ulusal Sağlık Enstitüsü'ne göre çoğu bakteri ve arkede bulunan ve bunların fajlar, virüsler ve diğer yabancı genetik unsurlar tarafından enfekte olmasını önleyen adaptif bir bağışıklık sistemidir.]
Rodolphe Barrangou (NCSU fotoğrafı)
Ancak yeni bir çalışmada, North Carolina Eyalet Üniversitesi araştırmacıları, CRISPR-Cas sistemiyle tasarlanan virüslerin, bakteriyel savunmayı engelleyebildiğini ve hedeflenen bakteride seçici değişiklikler yapabildiğini gösteriyor - diğer bakteriler yakında olsa bile.
“Virüsler yük taşıma konusunda çok iyi. Burada bakterilere CRISPR iletmek için bakteriyel bir virüs, bir bakteriyofaj kullanıyoruz, bu da ironik çünkü bakteriler normalde virüsleri öldürmek için CRISPR kullanıyor" dedi. Rodolphe BarrangouNC State'de Todd R. Klaenhammer Gıda, Biyoişleme ve Beslenme Bilimleri Seçkin Profesörü ve bugün yayınlanan araştırmayı anlatan bir makalenin ilgili yazarı Ulusal Bilimler Akademisi Tutanakları. “Bu durumda virüs hedef alıyor E. coli ona DNA vererek. Bu, bir virüsü şırınga olarak kullanmak gibi bir şey.”
NC State araştırmacıları, hedeflenen düzenleme için CRISPR-Cas yüklerini sağlamak üzere iki farklı tasarlanmış bakteriyofaj kullandılar. E. coli, önce bir test tüpünde, ardından toprağı taklit etmek için oluşturulan sentetik toprak ortamında (birçok bakteri türünü barındırabilen karmaşık bir ortam).
Hem T7 hem de lambda olarak adlandırılan tasarlanmış bakteriyofajlar, yükleri başarıyla buldu ve ardından E. coli Laboratuvar tezgahında ev sahibi. Bu yükler bakteriyel florasan genleri ifade etti ve bakterinin antibiyotiğe karşı direncini manipüle etti.
Araştırmacılar daha sonra sitozin baz düzenleyicisi olarak adlandırılan bir maddeyi iletmek için lambdayı kullandılar. E. coli ev sahibi. CRISPR'ın bazen DNA dizilerini sert bir şekilde parçalaması yerine, bu baz düzenleyici DNA'nın yalnızca bir harfini değiştirdi. E. coli'Sistemin hassasiyetini ve kesinliğini gösteren DNA. Bu değişiklikler, bazı bakteri genlerini, başka değişiklikler yapmadan etkisiz hale getirdi. E. coli.
"Burada genler için bir tür programlanabilir açma-kapama düğmesi olarak bir temel düzenleyici kullandık. E. coli. Bunun gibi bir sistemi kullanarak, genellikle CRISPR-Cas hedeflemesiyle ilişkilendirilen çift sarmallı DNA kırılması olmadan genomda son derece hassas tek harfli değişiklikler yapabiliriz" dedi eski bir NC State Ph.D. olan Matthew Nethery. öğrencisi ve çalışmanın baş yazarı.
Son olarak araştırmacılar, toprak ortamını taklit etmek için sıvıyla birlikte kum ve kuvarstan oluşan sentetik bir toprak ortamıyla yüklenmiş fabrikasyon bir ekosistemin (EcoFAB) kullanımı yoluyla yerinde düzenlemeyi gösterdiler. Araştırmacılar ayrıca fajın spesifik olarak yerini tespit edip edemediğini test etmek için üç farklı bakteri türünü de dahil etti. E. coli sistem içinde.
Barrangou, "Laboratuvarda bilim insanları bazı şeyleri aşırı basitleştirebilirler" dedi. "Ortamları modellemek tercih edilir, bu nedenle test tüpünde çorba yerine gerçek hayattaki ortamları incelemek istedik."
Araştırmacılar fabrikasyon ekosisteme lambda eklediler. Bulmada iyi bir verimlilik gösterdi E. coli ve hedeflenen genetik değişiklikleri yapmak.
Enerji Bakanlığı Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndan bir bilim adamı olan Trent Northen, "Bu teknoloji, ekibimizin ve diğerlerinin, EcoFAB'ler gibi yüksek düzeyde kontrol edilen laboratuvar ortamlarında bitkiler ve diğer mikroplarla olan önemli bakteriyel etkileşimlerin genetik temelini keşfetmesine olanak tanıyacak" dedi. (Berkeley Lab) Barrangou ile işbirliği yapıyor.
"Bunu mikrobiyoma yardımcı olacak bir mekanizma olarak görüyoruz. Belirli bir bakteride değişiklik yapabiliriz ve mikrobiyomun geri kalanı zarar görmeden kalır" dedi Barrangou. "Bu, herhangi bir karmaşık mikrobiyal toplulukta kullanılabilecek, daha iyi bitki sağlığına ve daha iyi gastrointestinal sistem sağlığına (gıda ve sağlık açısından önemli ortamlar) dönüşebilecek konseptin bir kanıtıdır.
"Sonuçta bu çalışma, CRISPR dağıtımının bir sonraki bölümünü temsil ediyor; karmaşık bir ortamda CRISPR makinelerini sunmak için virüslerin kullanılması."
Araştırmacılar faj CRISPR tekniğini toprakla ilişkili diğer bakterilerle test ederek bu çalışmayı ilerletmeyi planlıyorlar. Daha da önemlisi bu, sürdürülebilir tarım için büyük ilgi gören bitki büyümesinin nasıl artırılacağını ve bitki sağlığının nasıl geliştirileceğini anlamak için, fabrikasyon ekosistemlerdeki bitkilerle ilişkili bakterilerin bileşimini ve işlevini kontrol etmek için toprak mikrobiyal topluluklarının nasıl manipüle edilebileceğini göstermektedir.
Finansman, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı tarafından yönetilen ve ABD Enerji Bakanlığı tarafından desteklenen bir Bilim Odak Alanı olan m-CAFE'nin Topraklarda Mikrobiyal Topluluk Analizi ve İşlevsel Değerlendirmesi tarafından sağlandı. DE-AC02-05CH11231, UC Berkeley ve Yenilikçi Genomik Enstitüsü'nün de dahil olduğu ortak çabalarla. Makalenin ortak yazarları arasında Nethery, eski NC Eyaleti doktora sonrası araştırmacısı Claudio Hidalgo-Cantabrana ve NC Eyaleti yüksek lisans öğrencisi Avery Roberts yer alıyor.
(C)NCSU
