Геномное редактирование: современное состояние исследований и применение в животноводстве

Аннотация:

Создание и развитие технологий геномного редактирования (GE) открывает новые возможности в генетической инженерии домашних млекопитающих и птиц. В настоящем обзоре дана краткая характеристика GE-систем на основе ZFN, TALEN и CRISPR/Cas9 и направлений их совершенствования с целью дальнейшего использования для улучшения свойств сельскохозяйственных животных. Описаны области применения GE-технологий в животноводстве и птицеводстве, дискутируются направления и перспективы их дальнейшего развития. Изменение признаков и свойств домашних животных методами генной инженерии привлекает внимание исследователей во всем мире, начиная с середины 80-х годов прошлого века, когда две группы в США и Германии экспериментально показали возможность получения трансгенных сельскохозяйственных животных. За более чем 30-летний период было проведено несколько сотен различных типов генетических модификаций домашних животных; при этом было установлено, что основными лимитирующими факторами развития генно-инженерных технологий в животноводстве являются высокие трудовые и материальные затраты. Это, в свою очередь, обусловило постоянный поиск новых, более совершенных методов генетической модификации с точки зрения технической доступности и эффективности. Доминирующим методом переноса ДНК в генеративные клетки сельскохозяйственных животных до середины 90-х годов XX века являлся метод микроинъекции линейных молекул ДНК в пронуклеус зигот. Однако вследствие низкой эффективности (число полученных трансгенных животных варьировало от 0,5-1,0% от числа пересаженных эмбрионов у крупного рогатого скота, овец, коз и свиней и до 1,0-2,0% у кроликов) он был практически полностью вытеснен пересадкой ядер соматических клеток (SCNT), генетически трансформированных in vitro. Дальнейший прогресс в области генной инженерии домашних животных связывают с развитием технологий так называемого активного трансгенеза, которые посредством экзогенных ферментов или кодирующих их ДНК обеспечивают возможность направленных (сайт-специфических) модификаций в геноме. В качестве инструмента для реализации данных технологий применяют системы ДНК-транспозонов и сайт-специфических нуклеаз; при этом последние получают все большее распространение при работе с домашними животными. Использование сайт-специфических нуклеаз, таких как так ZFN и TALEN, и системы на основе CRISPR/Cas9 делает возможным введение двухцепочечных разрывов (DSB) в целевой локус геномной ДНК. Известно, что сайт-специфические DSB могут примерно в 10000 раз более эффективно стимулировать процесс гомологичной рекомбинации (HR). На этом свойстве и основано их использование в генной инженерии. Прецизионный характер генерируемых изменений в последовательности ДНК позволяет осуществлять так называемое геномное редактирование (GE, genome editing) практически любых участков генома клеток. ZFN и TALEN состоят из химерных белков, которые содержат адаптируемый ДНК-связывающий домен, сшитый с нуклеазным доменом Fokl (нуклеаза, выделенная из Flavobacterium okeanokoites). Эти ферменты индуцируют в целевых последовательностях генома мутации в форме инсерций или делеций (indels) небольшого размера посредством репарации разрывов ДНК путем негомологичного сшивания концов (NHEJ) или гомологичной репарации (HDR). ZNF и TALEN были с успехом использованы для редактирования геномов сельскохозяйственных животных главным образом на начальных этапах развития технологий, использующих сайт-специфические нуклеазы. Однако вследствие высокой стоимости и значительной трудоемкости конструирования рекомбинантных векторов на фоне несущественных преимуществ перед традиционной технологией нокаута данные нуклеазы были практически полностью вытеснены системами на основе CRISPR/Cas9. С применением последних связывают начало новой эры в области генетической инженерии млекопитающих.

Авторы:

Издание: Биотехнология
Год издания: 2018
Объем: 13с.
Дополнительная информация: 2018.-N 3.-С.9-21. Библ. 126 назв.
Просмотров: 52