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Por que não substituir o genoma humano por sua versão de genoma isca?

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https://www.biostars.org/p/73100/

http://www.cureffi.org/2013/02/01/the-decoy-genome/

O genoma isca é um genoma humano aprimorado da referência regular. É mais rápido para mapear e reduz a taxa de falsos positivos.

Nesse caso, não deveria haver nenhuma razão para usar a referência humana regular, porque o genoma do engodo é simplesmente melhor e mais rápido. Por exemplo, ele tem sequência de DNA para genomas de vírus comuns apresentados em humanos. Tem tudo na referência regular.

Q: Qual é o ponto da referência humana regular (por exemplo, hg38) se a versão isca é mais precisa e é uma representação melhor para a variação humana.


Para esclarecer, quando você diz "genoma isca", você quer dizer o genoma isca e o genoma de referência junto; o genoma da isca em si não é uma referência completa, mas uma coleção de contigs montados a partir de leituras que não foram mapeadas para o genoma de referência atual, mas são conhecidas como sequências humanas.

O genoma isca certamente parece ser um conjunto de dados suplementares útil para acelerar o mapeamento de leitura para o genoma humano, mas não pode ser Melhor do que a referência porque não é comparável à referência.


A deficiência de alfa-1 antitripsina (AATD) é uma doença hereditária que causa níveis baixos ou nenhum de alfa-1 antitripsina (AAT) no sangue. AATD ocorre em aproximadamente 1 em 2.500 indivíduos. Esta condição é encontrada em todos os grupos étnicos, no entanto, ocorre mais frequentemente em brancos de ascendência europeia.

A alfa-1 antitripsina (AAT) é uma proteína produzida no fígado. O fígado libera essa proteína na corrente sanguínea. A AAT protege os pulmões para que possam funcionar normalmente. Sem AAT suficiente, os pulmões podem ser danificados e esse dano pode dificultar a respiração.

Todos têm duas cópias do gene para AAT e recebem uma cópia do gene de cada pai. A maioria das pessoas possui duas cópias normais do gene da alfa-1 antitripsina. Indivíduos com AATD têm uma cópia normal e uma cópia danificada ou têm duas cópias danificadas. A maioria dos indivíduos com um gene normal pode produzir alfa-1 antitripsina suficiente para viver uma vida saudável, especialmente se não fumar.

Pessoas com duas cópias danificadas do gene não são capazes de produzir alfa-1 antitripsina suficiente, o que as leva a ter sintomas mais graves.

A deficiência de alfa-1 antitripsina (AATD) é uma doença hereditária que causa níveis baixos ou nenhum de alfa-1 antitripsina (AAT) no sangue. AATD ocorre em aproximadamente 1 em 2.500 indivíduos. Esta condição é encontrada em todos os grupos étnicos, no entanto, ocorre mais frequentemente em brancos de ascendência europeia.

A alfa-1 antitripsina (AAT) é uma proteína produzida no fígado. O fígado libera essa proteína na corrente sanguínea. AAT protege os pulmões para que possam funcionar normalmente. Sem AAT suficiente, os pulmões podem ser danificados e esse dano pode dificultar a respiração.

Todos têm duas cópias do gene para AAT e recebem uma cópia do gene de cada pai. A maioria das pessoas possui duas cópias normais do gene da alfa-1 antitripsina. Indivíduos com AATD têm uma cópia normal e uma cópia danificada ou têm duas cópias danificadas. A maioria dos indivíduos com um gene normal pode produzir alfa-1 antitripsina suficiente para viver uma vida saudável, especialmente se não fumar.

Pessoas com duas cópias danificadas do gene não são capazes de produzir alfa-1 antitripsina suficiente, o que as leva a ter sintomas mais graves.


Manipulação poderosa de DNA: edição de genes aprimorada com uma nova compreensão da ferramenta CRISPR-Cas9

A estrutura 3D de um editor de base, composta pela proteína Cas9 (branco e cinza), que se liga a um alvo de DNA (azul-petróleo e hélice azul) complementar ao guia de RNA (roxo) e às proteínas desaminase (vermelho e rosa), que trocam um nucleotídeo por outro. Crédito: imagem da UC Berkeley por Gavin Knott e Audrone Lapinaite

O Cryo-EM captura o editor de base CRISPR-Cas9 em ação.

Em apenas oito anos, o CRISPR-Cas9 se tornou o editor de genoma ideal para pesquisa básica e terapia genética. Mas CRISPR-Cas9 também gerou outras ferramentas de manipulação de DNA potencialmente poderosas que podem ajudar a corrigir mutações genéticas responsáveis ​​por doenças hereditárias.

Pesquisadores da Universidade da Califórnia, em Berkeley, obtiveram agora a primeira estrutura 3D de uma das mais promissoras dessas ferramentas: editores de base, que se ligam ao DNA e, em vez de cortar, substituem precisamente um nucleotídeo por outro.

Criados pela primeira vez há quatro anos, os editores de base já estão sendo usados ​​em tentativas de corrigir mutações de um único nucleotídeo no genoma humano. Os editores de base agora disponíveis podem abordar cerca de 60% de todas as doenças genéticas conhecidas - potencialmente mais de 15.000 doenças hereditárias - causadas por uma mutação em apenas um nucleotídeo.

A estrutura 3D detalhada, relatada na edição de 31 de julho da revista Ciência, fornece um roteiro para ajustes de editores de base para torná-los mais versáteis e controláveis ​​para uso em pacientes.

“Pudemos observar pela primeira vez um editor de base em ação”, disse o pós-doutorado da UC Berkeley, Gavin Knott. “Agora podemos entender não apenas quando funciona e quando não, mas também projetar a próxima geração de editores básicos para torná-los ainda melhores e mais clinicamente adequados.”

Um editor de base é um tipo de proteína de fusão Cas9 que emprega um Cas9 parcialmente desativado - suas tesouras de corte são desativadas para que corte apenas uma fita de DNA - e uma enzima que, por exemplo, ativa ou silencia um gene ou modifica áreas adjacentes de DNA. Como o novo estudo relata a primeira estrutura de uma proteína de fusão Cas9, ele pode ajudar a guiar a invenção de uma miríade de outras ferramentas de edição de genes baseadas em Cas9.

“Na verdade, vemos pela primeira vez que os editores básicos se comportam como dois módulos independentes: você tem o módulo Cas9 que fornece especificidade e, em seguida, você tem um módulo catalítico que fornece a atividade”, disse Audrone Lapinaite, ex-UC Berkeley pós-doutorado que agora é professor assistente na Arizona State University em Tempe. “As estruturas que obtivemos deste editor básico ligado ao seu alvo realmente nos dão uma maneira de pensar sobre as proteínas de fusão Cas9, em geral, nos dando ideias sobre qual região de Cas9 é mais benéfica para a fusão de outras proteínas.“

Lapinaite e Knott, que recentemente aceitou o cargo de pesquisador na Monash University na Austrália, são os co-autores do artigo.

“Essa estrutura nos ajuda a entender os editores de base em um nível muito mais profundo”, disse a autora sênior Jennifer Doudna, professora de biologia molecular e celular e de química da UC Berkeley e pesquisadora do Howard Hughes Medical Institute. “Agora que podemos ver com o que estamos trabalhando, podemos desenvolver estratégias informadas para melhorar o sistema.”

Editando uma base de cada vez

Em 2012, os pesquisadores mostraram pela primeira vez como fazer a reengenharia de uma enzima bacteriana, Cas9, e transformá-la em uma ferramenta de edição de genes em todos os tipos de células, de bacteriana a humana. A ideia de Doudna e sua colega francesa, Emmanuelle Charpentier, CRISPR-Cas9 transformou a pesquisa biológica e trouxe a terapia genética para a clínica pela primeira vez em décadas.

A estrutura 3D de um editor básico enquanto edita um trecho de DNA. Crédito: gráfico da UC Berkeley por Gavin Knott

Os cientistas rapidamente cooptaram o Cas9 para produzir uma série de outras ferramentas. Basicamente, uma mistura de proteínas e RNA, o Cas9 tem como alvo um trecho específico de DNA e, em seguida, corta-o com precisão, como uma tesoura. A função de tesoura pode ser quebrada, no entanto, permitindo que Cas9 direcione e ligue o DNA sem cortar. Desta forma, Cas9 pode transportar diferentes enzimas para regiões-alvo do DNA, permitindo que as enzimas manipulem genes.

Em 2016, David Liu da Harvard University e do Broad Institute do Massachusetts Institute of Technology e Harvard combinaram um Cas9 com outra proteína bacteriana para permitir a substituição cirurgicamente precisa de um nucleotídeo por outro: o primeiro editor de base.

Enquanto o editor de base de adenina inicial era lento, a versão mais recente, chamada ABE8e, é incrivelmente rápida: completa quase 100% das edições de base pretendidas em 15 minutos. Ainda assim, o ABE8e pode ser mais propenso a editar pedaços não intencionais de DNA em um tubo de ensaio, criando potencialmente o que é conhecido como efeitos fora do alvo.

A estrutura recém-revelada foi obtida com uma técnica de imagem de alta potência chamada microscopia crioeletrônica (cryoEM). Ensaios de atividade mostraram porque ABE8e é propenso a criar mais edições fora do alvo: A proteína desaminase fundida a Cas9 está sempre ativa. Conforme Cas9 salta em torno do núcleo, ele se liga e libera centenas ou milhares de segmentos de DNA antes de encontrar seu alvo pretendido. A desaminase anexada, como um canhão solto, não espera por uma combinação perfeita e muitas vezes edita uma base antes que Cas9 pare em seu alvo final.

Saber como o domínio efetor e Cas9 estão ligados pode levar a um redesenho que torna a enzima ativa apenas quando Cas9 encontrou seu alvo.

“Se você realmente deseja projetar uma proteína de fusão verdadeiramente específica, é necessário encontrar uma maneira de tornar o domínio catalítico mais uma parte de Cas9, de modo que sinta quando Cas9 está no alvo correto e só então seja ativado, em vez de ser ativo o tempo todo ”, disse Lapinaite.

A estrutura do ABE8e também aponta duas mudanças específicas na proteína desaminase que a tornam mais rápida do que a versão anterior do editor básico, ABE7.10. Essas duas mutações pontuais permitem que a proteína agarre o DNA com mais força e substitua A por G.

“Como biólogo estrutural, eu realmente quero olhar para uma molécula e pensar em maneiras de melhorá-la racionalmente. Essa estrutura e a bioquímica que a acompanha realmente nos dão esse poder ”, acrescentou Knott. “Agora podemos fazer previsões racionais de como este sistema se comportará em uma célula, porque podemos vê-lo e prever como ele vai quebrar ou prever maneiras de torná-lo melhor.”

“Embora os editores básicos sejam agora amplamente usados ​​para introduzir mudanças precisas em organismos que vão desde bactérias a plantas e primatas, ninguém havia observado anteriormente a estrutura molecular tridimensional de um editor básico”, disse Liu, que obteve seu Ph.D. em 1999 da UC Berkeley e é um investigador do Howard Hughes Medical Institute. “Este projeto colaborativo revela a bela estrutura molecular de um editor de base altamente ativo e de última geração - ABE8e - capturado no ato de envolver um site de DNA alvo.”

Referência: & # 8220 Captura de DNA por um editor de base de adenina guiado por CRISPR-Cas9 & # 8221 por Audrone Lapinaite, Gavin J. Knott, Cody M. Palumbo, Enrique Lin-Shiao, Michelle F. Richter, Kevin T. Zhao, Peter A. Beal, David R. Liu e Jennifer A. Doudna, 31 de julho de 2020, Science.
DOI: 10.1126 / science.abb1390

Além de Lapinaite, Knott, Doudna e Liu, outros co-autores do artigo são Cody Palumbo e Peter Beal da UC Davis, Enrique Lin-Shiao da UC Berkeley e Michelle Richter e Kevin Zhao do Broad Institute, uma colaboração entre Harvard e o Instituto de Tecnologia de Massachusetts.


Mapeamento do genoma humano: cientistas questionam alegação

Seções da comunidade científica indiana dizem que as afirmações sobre o mapeamento do genoma de um índio são muito exageradas, embora muitos concordem que é um passo à frente.

Muitos cientistas também estão surpresos que o Conselho de Pesquisa Científica e Industrial (CSIR) optou por anunciar sua pesquisa a jornalistas através do parlamento antes de publicar suas descobertas em um jornal revisado por pares, como de costume.

Pushpa Bhargava, fundador do Center for Cellular and Molecular Biology (CCMB) em Hyderabad, disse ao IANS por telefone: “Este é o tipo de declaração que reduzirá a credibilidade da ciência indiana”.

“Fiquei divertido quando li as notícias de que a Índia se juntou à liga de 'elite' de países como os EUA, Grã-Bretanha, Canadá, China e Coreia (do Sul).”

O Ministro da Ciência, Prithviraj Chavan, disse no parlamento que a Índia fez uma “conquista única” ao sequenciar o genoma completo de um indiano. Chavan foi além, dizendo que “medicamentos baseados em sequenciamento prolongarão a vida em 30 anos”.

Em uma coletiva de imprensa na terça-feira, o diretor-geral do CSIR Samir Brahmachari anunciou que o feito de sequenciamento de seus cientistas “preencheu a lacuna tecnológica, preparando o terreno para cuidados de saúde acessíveis e medicina preditiva, além de dar margem a possibilidades de diagnóstico, tratamento e medicina personalizada”.

Brahmachari não respondeu às perguntas sobre se a qualidade e precisão dos dados do genoma gerados pelo CSIR foram validados por cientistas independentes e por que o trabalho foi anunciado à imprensa leiga antes de ser publicado em um jornal científico.

Os cientistas dizem que o sequenciamento não é grande coisa, considerando que o serviço agora está disponível comercialmente e qualquer pessoa pode ter seu genoma sequenciado por uma taxa. O genoma humano foi sequenciado e publicado há sete anos.

“Você vê empresas anunciando na Internet regularmente e os custos estão caindo rapidamente”, disse um cientista do Instituto Indiano de Ciência (IISc) em Bangalore ao IANS, sem desejar ser identificado.

Por exemplo, a empresa americana Complete Genomics Inc., sediada no Vale do Silício, sequenciou e analisou 14 sequências completas do genoma humano este ano e oferecerá sequências genômicas por cerca de US $ 5.000 contra os US $ 30.000 que o CSIR gastou no sequenciamento de um genoma.

A empresa 'Knome', sediada em Cambridge (Massachusetts), começou a oferecer sequenciamento de genoma completo e serviço de análise para indivíduos já em 2007, começando com um lote de 20 clientes.

Recentemente, um engenheiro americano, Stephen Quake, construiu uma máquina - chamada Heliscope Single Molecule Sequencer - que pode decodificar um genoma humano em quatro semanas com uma equipe de três pessoas. Ele sequenciou seu próprio genoma usando sua máquina e publicou os resultados na revista Nature Biotechnology.

“Com boas máquinas você pode sequenciar o genoma humano em 10 dias”, disse D. Balasubramanian, um biólogo renomado. É um trabalho importante do CSIR, mas nada muito grande, afirmou.

Alguns cientistas também se divertem com a comparação de Chavan do trabalho do CSIR com a missão Chandrayaan-I da Índia à lua.

“Nossos cientistas espaciais usaram seu próprio foguete e satélite para ir à lua”, disse um deles. “A tecnologia usada pelo CSIR para sequenciamento foi licenciada pela empresa britânica Illumina Cambridge Ltd (anteriormente Solexa Ltd) e não foi desenvolvida no CSIR.”

G. Padmanabhan, um importante bioquímico e ex-diretor do IISc, diz que o anúncio do CSIR poderia ter esperado até que “algo surpreendente ou único” fosse encontrado durante a análise dos dados. Porém, nem todo mundo é crítico.

“Isso (sequenciamento do genoma pelo CSIR) é de fato um evento muito significativo”, disse à IANS Raja Mugasimangalam, CEO da Genotypic Technology (P) Ltd de Bangalore, que havia colaborado anteriormente com Brahmachari.

“Não é um grande salto para a humanidade (indiana), mas é muito importante que o tenhamos feito e feito com antecedência.”

Igualmente entusiasta é Aravinda Chakravarti, da Universidade Johns Hopkins nos Estados Unidos e ex-presidente da Sociedade Americana de Genética Humana.

“É bom ver o progresso do sequenciamento do genoma humano na Índia e estou ansioso para ver os resultados publicados rapidamente”, disse Chakravarti ao IANS por e-mail. “No entanto, temos um longo caminho a percorrer para alcançar os outros.”

Chakravarti, no entanto, disse que as alegações do CSIR na frente da saúde são "exageradas".

“A longo prazo, não se sabe se os custos com saúde serão reduzidos, mas é sempre verdade que quanto mais compreendermos (o genoma), melhor.”

Um dos principais objetivos do sequenciamento do genoma humano é descobrir as raízes genéticas de doenças como câncer e diabetes, mas a maioria dessas doenças acabou sendo causada por um grande número de genes e não por um único gene.

A resposta requer o sequenciamento dos genomas de muitas pessoas, incluindo pacientes que sofrem de doenças específicas, diz Padmanabhan. O plano do CSIR de sequenciar o genoma de apenas 10 indivíduos não ajudará a encontrar os marcadores de risco para doenças genéticas complexas, acredita ele.


VANTAGENS DA EDIÇÃO DE GENOMAS SOBRE A TERAPIA GENÉTICA TRADICIONAL E ABORDAGENS ANTERIORES

A terapia gênica é a introdução de genes exógenos nas células com o objetivo de melhorar a condição de uma doença. Isso é feito de forma mais eficiente usando vetores virais que aproveitam a capacidade natural do vírus de entrar nas células. Os vetores virais são usados ​​para introduzir um transgene funcional e compensar o mau funcionamento de um gene mutante herdado (substituição do gene) ou para instruir uma nova função nas células modificadas (adição do gene). Os vetores também incluem sequências reguladoras da transcrição exógena (promotor) para conduzir a expressão do transgene. Como os vetores virais têm uma capacidade de carga limitada, tanto o transgene quanto o promotor devem ser modificados a partir da versão natural presente no genoma e podem, portanto, falhar em recapitular adequadamente os padrões de expressão fisiológica. De acordo com a escolha do vetor e tipo de células alvo, a modificação genética pode ser transitória, de longa duração ou permanente. A modificação permanente é alcançada usando vetores lentivirais ou gama-retrovirais que se inserem fisicamente no genoma das células infectadas (integração). No entanto, como a inserção é semi-aleatória, pode afetar a função e a expressão dos genes no local de inserção ou próximo a ele, representando, portanto, um risco potencial (mutagênese de inserção). Atualmente, um tremendo progresso está sendo feito na terapia gênica por causa de vetores virais melhorados, particularmente vírus lentivirais e adeno-associados recombinantes (rAAV), e essas estratégias estão sendo intensamente investigadas na clínica. No entanto, apesar do fato de que benefícios notáveis ​​estão sendo relatados na maioria dos pacientes tratados (Naldini, 2015), modificações genéticas mais flexíveis e precisas, como aquelas possibilitadas pela edição do genoma direcionado, são necessárias para melhorar ainda mais a segurança da terapia genética e ampliar sua aplicação ao tratamento de mais doenças e condições.

Até a década passada, tentativas de usar a modificação do genoma no tratamento de doenças hereditárias geneticamente, também chamadas de direcionamento de genes, foram feitas através da introdução de um molde de DNA carregando a sequência desejada em uma população de células em cultura e, em seguida, permitindo a inserção em um local aleatório ou contando com eventos raros de recombinação homóloga para incorporar essa sequência molde em um local pretendido no genoma. O molde de DNA geralmente foi introduzido na célula usando sistemas como plasmídeos recombinantes (pequenos pedaços circulares de DNA) ou vetores virais, que tiram vantagem da capacidade natural de um vírus para entrar nas células. As células raras que adquiriram a sequência desejada tiveram então que ser selecionadas geneticamente e expandidas clonalmente. Apesar das limitações desta abordagem, a importância do direcionamento de genes como uma ferramenta experimental se reflete no amplo uso de recombinação homóloga para modificar leveduras, linhagens de células de vertebrados ou mesmo camundongos para dissecar geneticamente uma ampla gama de processos biológicos (Mak, 2007 Orr -Weaver et al., 1981).

A frequência de direcionamento de gene bem-sucedido usando essas estratégias mais antigas variou de 10 & # x020136 (1 em 1 milhão de células) para DNA de plasmídeo a 10 & # x020132 -10 & # x020133 (1 em 100 a 1 em 1.000 células) usando vetores virais ( como rAAV). Quando os cientistas modificam o DNA com uma nuclease que faz uma quebra de fita dupla (DSB) em um local desejado no genoma, no entanto, a frequência de edição do genoma com sucesso aumenta dramaticamente (Carroll, 2014 Jasin, 1996). Os sistemas baseados em nuclease que fazem alterações genéticas direcionadas estão na raiz das tecnologias de edição de genoma discutidas neste relatório. Com sistemas de edição baseados em nuclease, agora é possível cortar e, consequentemente, modificar até 100 por cento da sequência alvo desejada no genoma, seja por pequenas inserções ou deleções introduzidas pelo reparo DSB de junção de extremidade não homóloga, ou por confiar na recombinação homóloga para introduzir uma nova sequência no local alvo, embora com uma eficiência um pouco inferior. Essas melhorias dramáticas na eficiência permitiram que cientistas e médicos considerassem o uso da edição do genoma para uma ampla gama de aplicações, incluindo a aplicação no tratamento de doenças.

Flexibilidade

A edição do genoma baseada em nuclease abrange vários métodos para alterar a sequência de DNA de uma célula. Essa edição pode alcançar vários tipos de resultados, dependendo de onde no DNA as edições são feitas e para qual finalidade. As alterações que podem ser feitas com a edição do genoma incluem

Segurança e eficácia

A edição do genoma com base em nuclease pode anular o risco de mutagênese de inserção inerentemente associada a vetores de substituição de genes anteriores que se integram quase aleatoriamente em todo o genoma, embora os vetores de integração de última geração usados ​​hoje possam mitigar esse risco. Além disso, a correção do gene in situ de mutações herdadas usando a edição do genoma reconstitui a função e o controle fisiológico da expressão do gene mutante. Isso fornece uma estratégia de correção mais segura e eficaz do que a substituição do gene, na qual a expressão do transgene terapêutico é conduzida por um promotor artificial reconstituído. Esses transgenes inseridos aleatoriamente podem falhar em reproduzir fielmente o padrão de expressão fisiológica e podem ser fortemente influenciados pelo local de inserção, dando origem a uma variação substancial da expressão entre uma população de células transduzidas. De fato, uma das primeiras aplicações potenciais da edição do genoma ex vivo pode muito bem ser a correção de imunodeficiências primárias mediada por células-tronco & # x02013 uma melhoria em relação às abordagens transgênicas anteriores nas quais a expressão ectópica ou constitutiva do gene terapêutico representa um risco de transformação ou mau funcionamento cancerígeno. Se as frequências de edição no alvo de tipos de células clinicamente relevantes forem altas o suficiente para serem terapeuticamente úteis, a edição do genoma pode eventualmente superar a substituição do gene (terapia gênica tradicional) em termos de segurança, desde que as alterações fora do alvo não representem riscos semelhantes ao modificar genes associado ao câncer.

Outra ampla aplicação potencial de edição de genoma é a integração direcionada precisamente de um cassete de expressão gênica em um chamado porto genômico seguro, escolhido porque é propício para a expressão robusta do transgene e permite uma inserção segura que não tem um efeito prejudicial nos genes adjacentes. Esta abordagem pode garantir a expressão previsível e robusta de um gene terapêutico, sem o risco de oncogênese causada pela ativação de inserção inadvertida de um oncogene. A integração direcionada em um porto seguro e a correção in situ de mutações são potencialmente amplamente aplicáveis ​​às terapias baseadas em células-tronco & # x02013, desde que as células direcionadas sejam passíveis de ampla seleção de cultura in vitro e expansão antes do uso clínico. Pode-se considerar o aumento da aplicação desses tipos de edição de genoma conforme a capacidade de crescer e diferenciar diferentes tipos de células em cultura melhora, particularmente em conjunto com a diferenciação de células pluripotentes (Hockemeyer e Jaenisch, 2016).

Disrupção Genética

Uma aplicação única de edição de genoma em relação às estratégias de terapia genética padrão é a interrupção do gene direcionada. Na verdade, os testes clínicos de interrupção do gene usando nucleases de dedo de zinco (ZFNs) já estão em andamento, com alguma indicação de benefício para as células T (Tebas et al., 2014), e essa abordagem foi recentemente estendida às células-tronco hematopoiéticas (HSCs ) Esses ensaios visam interromper a expressão de um receptor de citocina, receptor de quimiocina CC tipo 5 (CCR5), que também funciona como um co-receptor para a infecção por HIV e não é essencial para a função de células T, tornando assim as células T de um infectado por HIV indivíduo resistente à infecção viral. 4 A interrupção do gene poderia, em princípio, também ser usada para eliminar uma variante do gene dominante causadora de doenças.

Acessibilidade

Várias plataformas de nuclease foram desenvolvidas ou aprimoradas nos últimos 5-10 anos, tornando provável que tais plataformas adicionais sejam desenvolvidas em um futuro próximo. A plataforma de nuclease CRISPR / Cas9, desenvolvida apenas desde 2012, gerou otimismo significativo entre as comunidades de pesquisa, clínica e de pacientes e democratizou a edição do genoma, tornando-o utilizável por muitos outros laboratórios. Como resultado, CRISPR / Cas9 aumentou a conscientização sobre a edição do genoma como uma ferramenta terapêutica e motivou a consideração das questões éticas e regulatórias associadas ao seu uso (Baltimore et al., 2015 Corrigan-Curay et al., 2015 Kohn et al., 2016). No entanto, essas questões não são novas, nem específicas do sistema CRISPR-Cas9, muitas delas já foram confrontadas e abordadas no contexto de aplicações anteriores de terapia gênica e edição de genoma.


Frequentemente comprados juntos

Análise

""Escrito para comunicar ciência sólida e moderna de uma forma acessível para profissionais e estudantes com vários níveis de formação científica, esta edição completamente revisada do Genoma Humano contribui para a criação de uma população clínica e de pesquisa geneticamente letrada. ""- ANTICANCER RESEARCH 33: 745-746 (2013), fevereiro de 2013 ""Todos os anos, os editores de assuntos da Choice destacam para reconhecimento os trabalhos impressos e eletrônicos mais significativos analisados ​​na Choice durante o ano civil anterior. O Genoma Humano, 3e, aparecendo anualmente na edição de janeiro da Choice, esta prestigiosa lista de publicações reflete o melhor em títulos acadêmicos e atrai atenção extraordinária da comunidade de bibliotecas acadêmicas. O recurso de 2011 inclui 629 títulos em 54 disciplinas e subseções. "" -CHOICE Título Acadêmico de Destaque, 2011 "" Bem escrito, atualizado e envolvente, esta nova edição de The Human Genome (2ª ed., 2005 1ª ed., CH, maio de 99, 36-5066) por Richards (Univ. de Michigan) e Hawley (Stowers Institute for Medical Research) reflete com precisão seu subtítulo. Repleto de informações, é fácil de ler e compreender. Inclui ilustrações coloridas, gráficos, desenhos e tabelas. Os estudos de caso e as caixas de interesse da barra lateral contam histórias fascinantes que capturam o interesse do leitor e ajudam a tornar o material acessível a todos. As perguntas de estudo do final do capítulo incluem breves ensaios e idéias para projetos de recursos. Um site complementar fornece perguntas adicionais e indica que um banco de imagens e recursos de streaming de vídeo estarão disponíveis em breve. Este trabalho pode ser facilmente usado para uma aula de biologia do primeiro ano ou para leitura individual para pessoas interessadas neste assunto. No entanto, ele tem informações técnicas e detalhes suficientes para ser útil também para uma classe de especialização de nível superior em genética humana. Ele aborda todos os tópicos tradicionalmente cobertos em um livro-texto de genética humana, sem ler como um livro-texto. Ele atinge um equilíbrio perfeito entre ser rigoroso e envolvente, e merece ser incluído entre os trabalhos atuais mais populares de genética humana. ""

Resumindo: Altamente recomendado. Público acadêmico, geral e profissional, todos os níveis. nbsp

C. A. Klevickis, James Madison University Revisado em junho de 2011 ESCOLHA

"" Melhor educação e comunicação são duas coisas que são enfatizadas continuamente quando se trata de determinar a melhor maneira de tornar a genômica uma parte maior da rotina de saúde geral do público, ou mais comum. O Guia do Usuário, como texto ou referência, pode fazer parte dessa conversa com o público. Por ser simples, o livro pode ser bem utilizado no ensino médio, à medida que os alunos começam a aprender sobre os campos mais complexos de pesquisa e a desenvolver interesse pelo ensino superior nas ciências. Também pode servir muito bem como um guia no ensino superior, para aqueles que buscam campos mais especializados, como pesquisa do câncer ou medicina personalizada, ou mesmo como um estimulante início de conversa em aulas de ética ou discussões sobre as implicações da pesquisa genômica avançada. " "

Christie Rizk, edição de fevereiro de 2011 da Genome Technology, http://www.genomeweb.com

"" A terceira edição desta pesquisa abrangente do genoma humano fornece um exame detalhado da ciência, especificamente biológica e em um contexto mais amplo, da genética humana. Destinado a estudantes e pesquisadores de nível de entrada, o volume começa com mecânica de gene simples e cobre funções de gene, cromossomos, características complexas, descoberta de gene e genética em testes e tratamento. Os capítulos incluem inúmeras ilustrações coloridas, tabelas, barras laterais e um grande glossário, bem como questões de estudo com chaves de respostas. ""

Análise

Sobre o autor

Julia E. Richards (PhD, Genética, University of Wisconsin) é Professora de Oftalmologia e Ciências Visuais e Professora de Epidemiologia na Universidade de Michigan em Ann Arbor, onde ela ensina genética introdutória para alunos de graduação na Escola de Saúde Pública. Ela é amplamente conhecida por sua pesquisa sobre doenças oculares hereditárias e publicou vários capítulos e artigos de pesquisa focados na genética humana.

R. Scott Hawley (PhD, Genética, University of Washington) é professor e investigador da American Cancer Society Research no Stowers Institute for Medical Research. Ele atuou como presidente da Genetics Society of America em 2010 e em 2008 recebeu o prêmio Elizabeth W. Jones por Excelência em Ensino. Ele é amplamente conhecido por seu ensino, por suas pesquisas sobre meiose e pela autoria de inúmeros livros didáticos e artigos de pesquisa.


Cinco razões para ser otimista sobre o futuro da edição do genoma

A tecnologia revolucionária de edição de genes CRISPR foi considerada a descoberta científica mais importante do século 21 e 2020 pode ter sido o ano em que se tornou um nome familiar. Não só o documentário CRISPR “Human Nature” chegou à Netflix em um momento em que os bloqueios significavam que todos assistíamos a mais conteúdo de streaming do que nunca, mas a poderosa ferramenta de edição de genes também obteve o selo de aprovação da comunidade científica.

Os pesquisadores Emmanuelle Charpentier e Jennifer A. Doudna receberam o Prêmio Nobel de Química de 2020 por seus papéis pioneiros no desenvolvimento da edição de genes CRISPR-Cas9. Trabalhando juntos no início de 2010, Charpentier e Doudna descobriram que podiam cortar qualquer molécula de DNA em um local específico e predeterminado. Desde então, as “tesouras genéticas” CRISPR-Cas9 têm sido utilizadas de inúmeras formas criativas nas áreas da medicina, fitotecnia e bem-estar animal. Muitos acreditam que a tecnologia abrirá o caminho para a cura de doenças humanas e combate às mudanças climáticas.

Com o Prêmio Nobel de Química de 2020 sendo concedido aos descobridores do CRISPR / Cas9, aqueles que negam os benefícios de segurança e amplificadores que podem advir de tais tecnologias agora também devem negar os líderes mundiais e as vozes da ciência, escreve @ stuartsmyth66.https: // t.co/DfPbDFdfqq

— Alliance for Science (@ScienceAlly) December 9, 2020

“There is enormous power in this genetic tool, which affects us all. It has not only revolutionized basic science, but also resulted in innovative crops and will lead to ground-breaking new medical treatments,” Claes Gustafsson, chair of the Nobel Committee for Chemistry, said when the prize was announced in October.

2. Gene edited pigs approved for food and medical products

Move over salmon, here come genetically modified pigs. In December, the US Food and Drug Administration approved the use of genetically engineered pigs in both food and medical products. These so-called GalSafe pigs are just the second GM animal approved for food after AquAdvantage salmon, which grow to market weight in about half the time of a typical salmon. In a process known as intentional genomic alteration (IGA), GalSafe pigs have had alpha-gal sugar removed from their cells. This means that people who normally suffer allergic reactions to the sugar in pork, beef and other meats would be able to safely consume bacon, chops and other pork products. But the potential of GalSafe pigs goes well beyond food.

The pigs may also be used to produce human medical products free from alpha-gal sugars, including the blood-thinning drug heparin. The FDA said that tissues and organs form the pigs could also “potentially address the issue of immune rejection in patients receiving xenotransplants, as alpha-gal sugar is believed to be a cause of rejection in patients.”

“Today’s first ever approval of an animal biotechnology product for both food and as a potential source for biomedical use represents a tremendous milestone for scientific innovation,” FDA Commissioner Stephen M. Hahn said in a press release. “As part of our public health mission, the FDA strongly supports advancing innovative animal biotechnology products that are safe for animals, safe for people, and achieve their intended results. Today’s action underscores the success of the FDA in modernizing our scientific processes to optimize a risk-based approach that advances cutting-edge innovations in which consumers can have confidence.”

3. Second Green Revolution

New research shows the potential for genome editing to revolutionize agriculture and usher in a second Green Revolution by allowing plant breeding to be performed at an unprecedented pace and in an efficient and cost-effective way. This is expected to propel plant breeding to go beyond its current limits. As the technology rapidly expands, it has been applied to major cereals such as rice, wheat and maize, as well as to other crops important for food security, such as potato and cassava. Another exciting frontier can be found in engineering the microbiome, which is considered to be a “second genome” in plants. This approach has already had a significant effect on agricultural production, researchers found.

Genome editing is predicted to help plant breeders develop crops that can withstand the impacts of climate change, reduce agriculture’s environmental impact, support global food security, offer nutritional benefits and ensure that the planet’s expanding human and livestock population has enough to eat.

4. Latin America leads

Researchers in Latin America are using gene editing to breed hardier varieties of staple crops and fruits, including rice, beans, cassava, cacao, tomato, kiwi, yeast and banana. The work ranges from making the crops climate-resilient to improving the digestibility of beans and conferring disease-resistance. Researchers say the work is important because farmers urgently need seeds that can withstand the climate change effects already present in the Latin American region. It’s also critical because it represents the role that researchers in the Global South will increasingly play to address the needs and challenges specific to their region.

5. Catering to consumers

A Japanese startup, Sanatech Seeds, has introduced the first genome-edited tomato, which offers high levels of Gamma-AminoButyric Acid (GABA). That’s an amino acid that can help to lower blood pressure.

It is one of the emerging gene-edited crops directed specifically at consumers, rather than farmers or food processors. Equally important, Japan has determined it will not apply the same cumbersome regulations that govern genetically modified crops to the tomato. This is important, because GMO regulations can add years and extensive costs to the approval process, slowing down innovation and making it difficult for start-ups and public institutions to compete against multinational companies.

The United States plans to take a similar approach to regulating gene edited crops. That’s good news for consumers and a company like Pairwise, which is using genome editing to develop seedless berries and more nutritious berries and lettuce. Their goal is a worthy one: increase consumption of fruits and vegetables and make them more readily available.


New hope for rare disorders

While Marson’s team busies itself remodeling immune cells, a few miles away at the Gladstone Institutes, on UCSF’s Mission Bay campus, a different sort of genome surgery is underway. There, in the laboratory of senior investigator Bruce Conklin, MD – a UCSF professor of medicine and IGI’s deputy director – the cells of 19-year-old Delaney Van Riper are undergoing experimental procedures that could one day cure her of a worsening disability.

Bruce Conklin, MD, is exploring how CRISPR technology could treat genetic diseases. Photo: Steve Babuljak

Van Riper was born with a rare disease called Charcot-Marie-Tooth (CMT), one of more than 6,000 known genetic disorders, which arise from specific variations in DNA. Such variations – called mutations – throw a wrench in a cell’s protein production line, thus creating deviant or defunct molecules, like Ikea furniture assembled from garbled instructions. In some cases, a mutation in just one DNA base – out of the total 3 billion pairs of bases in the human genome – can wreak severe havoc.

Van Riper’s mutation produces a miscreant protein that degrades her nerve cells’ ability to relay messages between her brain and her muscles, causing her to slowly lose control of her limbs. She was diagnosed at age 7, after her father, a genetic counselor, noticed that she wasn’t walking normally. By age 8, she wore leg braces, laughing along with the kids who called her Forrest Gump, “so they didn’t see me as a cripple.” By age 13, she struggled to hold a pencil.

“There are certain muscles I just don’t have anymore,” she says during a recent visit to the lab. She is seated at a conference table, where a dozen or so researchers from Conklin’s group have gathered to meet her, many of them for the first time.

The researchers know her cells intimately, however. They have isolated them from samples of her blood and nurtured them in petri dishes. They have doused these blood cells with a cocktail of genes that turns them into stem cells, undifferentiated cells that can grow indefinitely. Using another gene cocktail, they have coaxed the stem cells to become nerve cells like those at the root of Van Riper’s disease. They have examined these diseased nerve cells through microscopes, studied their troublesome mutation, and sent in CRISPR systems to try to remove it.

All the while, Conklin and his team have dreamed about a day when a physician might inject CRISPR molecules directly into Van Riper’s spine to heal the nerve cells there a day when the success of this pilot surgery will lead to more CRISPR operations for more diseases a day when patients who once had no hope will come to San Francisco from all over the world to seek these treatments out.

Delaney Van Riper (left) was born with a rare disease called Charcot-Marie-Tooth (CMT), and had donated cells to the lab of Bruce Conklin, MD (right), so he can test DNA surgeries that aim to cure people like her who have rare genetic disorders. Photo: Steve Babuljak

Now the researchers want to know all about this dark-haired teen who wears black skinny jeans, Converse sneakers, and a lip-ring who has trouble using her hands and sometimes stumbles over her feet but sits with exquisite posture who speaks eloquently and vulnerably about the disease that once made her question who she is and inspired her to become a writer and a medical trailblazer.

“How does it feel to be part of this project?” someone asks.

“It’s nice to realize people are looking into a solution for people like me who don’t have any solutions,” Van Riper says. “I feel you really care.” She flashes a grin and adds, “I like nerds.”

“Do you worry about the risks?”

“I’ve lived long enough to have an experience of life with a disability. If something goes wrong, I don’t think it would be as scary as some people think. We can’t know until we do it. I’m fine being that person doing it.”

“I know it’s not a for-sure fix. Secretly, though, I do think it will work.”

So do many of Conklin’s patient volunteers. Some, like Van Riper, have CMT others have genetic mutations that cause BEST disease, an eye disorder that leads to blindness.

It’s nice to realize people are looking into a solution for people like me who don’t have any solutions. I feel you really care.”

Conklin’s team is starting with these two rare diseases for several reasons. First, they each arise from well-known mutations in a single gene, making the CRISPR surgeries relatively simple to design. Second, they affect tissues where CRISPR systems can be easily administered and their effects easily measured. Third – and perhaps most important – these diseases are currently untreatable any relief from their devastation is, for most patients, worth the potential risks (which may include, for instance, cuts in undesired parts of the genome).

“Almost universally, the first targets of genome surgery will be incurable diseases, where there is truly no other option,” Conklin says. “If we can treat these, it will open the door to a new type of medicine.”


Scientific journal articles for further reading

Ormond KE(1), Mortlock DP(2), Scholes DT(3), Bombard Y(4), Brody LC(5), Faucett WA(6), Garrison NA(7), Hercher L(8), Isasi R(9), Middleton A(10), Musunuru K(11), Shriner D(12), Virani A(13), Young CE(3). Human Germline Genome Editing. Am J Hum Genet. 2017 Aug 3101(2):167-176. PubMed: 28777929. Free full-text available from PubMed Central: PMC5544380.

Gupta RM, Musunuru K. Expanding the genetic editing tool kit: ZFNs, TALENs, and CRISPR-Cas9. J Clin Invest. 2014 Oct124(10):4154-61. doi: 10.1172/JCI72992. Epub 2014 Oct 1. Review. PubMed: 25271723. Free full-text available from PubMed Central: PMC4191047.

Hsu PD, Lander ES, Zhang F. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering. Célula. 2014 Jun 5157(6):1262-78. doi:10.1016/j.cell.2014.05.010. Análise. PubMed: 24906146. Free full-text available from PubMed Central: PMC4343198.

Komor AC, Badran AH, Liu DR. CRISPR-Based Technologies for the Manipulation of Eukaryotic Genomes. Célula. 2017 Apr 20169(3):559. doi:10.1016/j.cell.2017.04.005. PubMed: 28431253.

Lander ES. The Heroes of CRISPR. Célula. 2016 Jan 14164(1-2):18-28. doi:10.1016/j.cell.2015.12.041. Análise. PubMed: 26771483.


Scientists sequence genome of human's closest invertebrate relative

Botryllus schlosseri is humans' closest living invertebrate relative. Credit: Chris Patton

(Phys.org) —Botryllus schlosseri, a small sea creature, can regenerate its entire body from its blood vessels alone. Stanford researchers hope that sequencing its genome will lead to advances in regenerative and transplant medicine for humans.

At first glance, Botryllus schlosseri has very little in common with humans. The small sea creature fuses together with others to form colonies that look like psychedelic blobs, encrusting rocks and seaweeds. It can reproduce asexually, and an entire individual can be regenerated from its blood vessels alone.

And yet, Botryllus is humans' closest living invertebrate relative. (Invertebrates lack a spinal column.) Now, a group led by Stanford scientists has sequenced its genome, making it possible to find the genetic basis for some of the animal's amazing regenerative abilities and immunity features, which potentially could be applied to human medicine.

In total, the group sequenced the animal's 580 million base pairs of DNA. (The human genome, by comparison, consists of more than 3 billion base pairs.) Though the researchers haven't studied the entire genome, they found evidence that Botryllus makes a useful invertebrate model for studying human genetics, in particular for highlighting the evolution of immunity and stem cell-mediated regeneration.

The researchers compared the Botryllus genome with several vertebrate and invertebrate genomes. Focusing on genes involved in various human diseases – affecting things such as heart and eye development, pregnancy and cancer – they found homologous genes for each in Botryllus, far more matches than in any of a dozen other invertebrates commonly used in research.

An additional investigation of blood-related genes revealed that Botryllus was probably the first invertebrate to have vasculature in the same context of the human circulatory system, with blood cells traveling through blood vessels.

For example, in looking at a set of 20 genes that encode for humans' hematopoietic stem cells – cells that can self-renew and differentiate into other types of blood cells – they found 14 that are also expressed in cells isolated from the Botryllus stem cell niche. The scientists are now investigating how these genes function in Botryllus.

"The whole body can regenerate from the vasculature alone: the heart, digestive system, sophisticated tissues," said Ayelet Voskoboynik, a scientist at Stanford's Stem Cell Institute and Hopkins Marine Station, and the lead author on the study. "And it can do this relatively fast, probably using stem cells. Now that we have the genome, we can try to understand the mechanism behind it."

The study of Botryllus' genome could also lead to advances in transplant medicine. When two genetically distinct Botryllus colonies come into contact with each other, they either fuse their blood vessels to create a single organism, or reject one another and maintain individuality. When the blood vessels between the two colonies fuse into one interconnected network, the stem cells from each partner colony begin to circulate throughout the other.

The stem cells compete and in many cases one partner's stem cells "win" – and any new or replacement tissue grown through the fused colony does so based on the "winner's" genetic code.

A similar process occurs in humans who undergo an allogeneic transplant – when a patient receives tissue or cells from a non-identical donor. For instance, if a patient receives bone marrow or a ligament graft from a donor, over time, the recipient's cells replace the donor tissue.

In some instances, particularly concerning transplants of bone marrow or hematopoietic stem cells, the recipient's body rejects the donor cells. Voskoboynik suspects that studying the genetic basis for this interaction in Botryllus could lead to improvements in human therapies.

"If we can learn what makes a highly competitive stem cell a winner, and why others are rejected, we could hope to apply that knowledge to improve the success rate of allogeneic transplantations in humans," Voskoboynik said.

An important byproduct of the research, Voskoboynik said, was that Botryllus' complicated genome required the team to develop a new sequencing technique. The method, which has been patented, yielded exceptionally long, accurate sequences of DNA.

Additionally, rather than creating an average of the genetic information encoded on each paired chromosome, as standard techniques do, the new method yielded individual results from each chromosome. That advance, Voskoboynik said, could play a critical role in studying human diseases that occur as the result of different versions of genes existing on paired chromosomes.

The study was recently published in the peer-reviewed journal eLIFE.


Assista o vídeo: Qual a diferença entre genoma, código genético e cariótipo (Fevereiro 2023).