The post has been translated automatically. Original language: Russian
How to edit DNA?
Scientists can "edit" DNA, that is, change individual sections of the genetic code. The most well-known and accurate method today is CRISPR-Cas9. Imagine that DNA is a huge book with billions of letters. CRISPR is like a "Find" function that finds the right place in a book. Cas9 is a molecular "scissors" that cuts DNA at a selected point. After the incision, the cell tries to repair the DNA. Scientists can use this in two ways: Disable the gene - during recovery, small changes occur, which cause the gene to stop working. And to fix or replace a gene - if you provide the cell with the correct DNA sequence, it can embed it instead of the old one.
How does this happen?
Scientists determine which gene needs to be changed. Create a special guide RNA (guide RNA), which is suitable only for this place. The guide leads the Cas9 protein to the desired site. Cas9 cuts both strands of DNA. The cell repairs the gap, and scientists use this process to remove, modify, or insert the desired sequence.
What is it for?
This is necessary for:Treatment of certain hereditary diseases. Creating plants that are resistant to drought and pests. The study of the functions of genes. And the development of new treatments for cancer and other diseases.
Is it possible to change any gene?
Theoretically, there are many. But in practice it is very difficult. After all, you need to get into exactly the right cells, avoid accidental changes in other parts of the DNA and make sure that the change really benefits and does not cause side effects.
Is DNA editing in plants GMOs in foods?
Yes, sometimes, but not always. It all depends on how the plant was changed.
1. Classic GMO
This is when a gene from another organism is added to a plant. For example: The bacterium's gene is added to the corn to make it resistant to pests. Or a gene is added to soybeans that makes them resistant to certain herbicides. Such a plant is considered GMO.
2. DNA Editing (CRISPR)
Here, scientists often do not add other people's genes, but only modify an existing plant gene. For example: they turn off the gene that causes tomatoes to deteriorate quickly. Or they change the wheat gene so that it can better tolerate drought. The result may be a plant that does not contain the DNA of other species.
Then is it GMO or not?
It depends on the legislation of the country. In the United States, some plants edited with CRISPR without adding foreign genes may not be considered GMOs. In the European Union, such plants have long been regulated as GMOs, although the rules are now being gradually revised. The approach also differs in other countries. All classic GMOs are genetically modified organisms. But not every plant produced by DNA editing (for example, CRISPR) is necessarily considered a GMO by law. From a scientific point of view, its genome has been changed, but if no foreign genes have been added to it, some countries classify such plants into a separate category.
Who invented DNA editing and when?
If we talk specifically about modern DNA editing, then it cannot be attributed to one person. This is the result of the work of many scientists over the decades.
1. First ideas (1970s)
In 1972-1973, American scientists Paul Berg, Stanley Cohen, and Herbert Boyer showed that it was possible to cut DNA, combine it with other DNA, and transfer it into cells. This was the birth of genetic engineering. However, the methods were complex, slow, and not very accurate.
2. An unexpected discovery (1987)
Japanese scientist Yoshizumi Iishino studied bacteria and found strange repeating patterns in their DNA. Back then, no one understood why they were needed. Later it turned out that this is part of the natural protection system of bacteria from viruses. This system was called CRISPR.
3. How did the idea of editing DNA come about?(2012)The real breakthrough came in 2012, when Emmanuel Charpentier and Jennifer Doudna realized
"If bacteria use CRISPR and the Cas9 protein to cut the DNA of viruses, then this mechanism can be 'reprogrammed' and directed to any desired DNA site."
Emmanuel Charpentier and Jennifer Doudna
They have created a simple tool that allows you to cut DNA in almost any selected location.
4. Why did it become a revolution?
Before CRISPR, changing a single gene could take months or even years. After the advent of CRISPR, scientists were able to: quickly find the right gene, precisely cut the DNA and disable, correct or replace genes. Due to its simplicity, accuracy, and relatively low cost, CRISPR has quickly become one of the main tools of modern biology.
5. The Nobel Prize
In 2020, Emmanuel Charpentier and Jennifer Doudna won the Nobel Prize in Chemistry for developing the CRISPR-Cas9 genome editing method.
Is it possible to mix the genes of different animals?
Technically, scientists can transfer individual genes between organisms, and such experiments are carried out in research. But this does not turn the animal into a hybrid with a set of all the properties of another species. For example, if it were possible to transfer a gene responsible for a specific protein, this does not mean that a whole new organ system or a complex ability would appear.What can modern science really do?Using CRISPR today, you can:to correct certain hereditary diseases, make plants more resistant to drought or pests, study the work of individual genes, and change individual traits in laboratory animals for research.
Is it possible to revive an extinct animal species by editing DNA?
Yes, theoretically, yes, but it's much more complicated than they show in the movies. There are already projects aimed at partially restoring some extinct species, but this does not mean that you can simply "clone a mammoth."
How can it work?
Let's say scientists want to return a mammoth. Well-preserved remains are found (for example, in permafrost). DNA fragments are extracted from them. They are compared with the DNA of the closest modern relative, the Asian elephant. They find differences between genomes. With the help of DNA editing, elephant cells are modified by adding some "mammoth" versions of genes. After that, it is theoretically possible to obtain an embryo with a number of mammoth features.
Will it be a real mammoth?
Probably not. The problem is that the DNA of extinct animals is usually damaged and incomplete, it is impossible to know absolutely all the differences, and the development of the organism is influenced not only by DNA, but also by the conditions inside the mother, as well as other biological processes. Therefore, if such a project proves successful, the result is likely to be an animal very similar to a mammoth, rather than an exact copy of it.
Как редактировать ДНК?
Учёные могут "редактировать" ДНК, то есть изменять отдельные участки генетического кода. Самый известный и точный метод сегодня - CRISPR-Cas9. Представьте, что ДНК - это огромная книга с миллиардами букв. CRISPR - это как функция "Найти", которая находит нужное место в книге. Cas9 - это молекулярные "ножницы", которые разрезают ДНК в выбранной точке. После разреза клетка пытается восстановить ДНК. Учёные могут использовать это двумя способами: Отключить ген - при восстановлении возникают небольшие изменения, из-за которых ген перестаёт работать. И исправить или заменить ген - если предоставить клетке правильную последовательность ДНК, она может встроить её вместо старой.
Как это происходит?
Учёные определяют, какой ген нужно изменить. Создают специальную направляющую РНК (guide RNA), которая подходит только к этому месту. Направляющая приводит белок Cas9 к нужному участку. Cas9 разрезает обе цепи ДНК. Клетка восстанавливает разрыв, а учёные используют этот процесс, чтобы удалить, изменить или вставить нужную последовательность.
Для чего это нужно?
Это нужно для:Лечение некоторых наследственных заболеваний. Создание растений, устойчивых к засухе и вредителям. Исследование функций генов. И разработка новых методов лечения рака и других болезней.
Можно ли изменить любой ген?
Теоретически - многие. Но на практике это очень сложно. Ведь нужно попасть именно в нужные клетки, избежать случайных изменений в других местах ДНК и убедиться, что изменение действительно принесёт пользу и не вызовет побочных эффектов.
Редактирование ДНК в растениях это ГМО в продуктах?
Да, иногда - да, но не всегда. Всё зависит от того, каким способом изменили растение.
1. Классическое ГМО
Это когда в растение добавляют ген из другого организма. Например: в кукурузу добавляют ген бактерии, чтобы она была устойчива к вредителям. Или в сою добавляют ген, который делает её устойчивой к определённым гербицидам. Такое растение считается ГМО.
2. Редактирование ДНК (CRISPR)
Здесь учёные часто не добавляют чужие гены, а лишь изменяют уже существующий ген растения. Например: отключают ген, из-за которого помидоры быстро портятся. Или изменяют ген пшеницы, чтобы она лучше переносила засуху. В результате может получиться растение, которое не содержит ДНК других видов.
Тогда это ГМО или нет?
Это зависит от законодательства страны. В США некоторые растения, отредактированные CRISPR без добавления чужих генов, могут не считаться ГМО. В Европейском союзе долгое время такие растения регулировались как ГМО, хотя сейчас правила постепенно пересматриваются. В других странах подход тоже различается. Все классические ГМО - это генетически изменённые организмы. Но не каждое растение, полученное с помощью редактирования ДНК (например, CRISPR), обязательно считается ГМО по закону. С научной точки зрения его геном изменён, но если в него не добавляли чужие гены, некоторые страны относят такие растения к отдельной категории.
Кто и когда придумал редактировать ДНК?
Если говорить именно о современном редактировании ДНК, то его нельзя приписать одному человеку. Это результат работы многих учёных на протяжении десятилетий.
1. Первые идеи (1970-е)
В 1972-1973 годах американские учёные Пол Берг, Стэнли Коэн и Герберт Бойер показали, что можно разрезать ДНК, соединять её с другой ДНК и переносить в клетки. Это стало рождением генной инженерии. Однако методы были сложными, медленными и не очень точными.
2. Неожиданное открытие (1987)
Японский учёный Ёсидзуми Исино изучал бактерии и обнаружил в их ДНК странные повторяющиеся участки. Тогда никто не понимал, зачем они нужны. Позже выяснилось, что это часть природной системы защиты бактерий от вирусов. Эту систему назвали CRISPR.
3. Как появилась идея редактировать ДНК?(2012)Настоящий прорыв произошёл в 2012 году, когда Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудна поняли
"Если бактерии используют CRISPR и белок Cas9, чтобы разрезать ДНК вирусов, то этот механизм можно "перепрограммировать" и направить на любой нужный участок ДНК"
Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудна
Они создали простой инструмент, позволяющий разрезать ДНК практически в любом выбранном месте.
4. Почему это стало революцией?
До CRISPR изменение одного гена могло занимать месяцы или даже годы. После появления CRISPR учёные получили возможность: быстро находить нужный ген, точно разрезать ДНК и отключать, исправлять или заменять гены. Из-за простоты, точности и сравнительно низкой стоимости CRISPR быстро стал одним из главных инструментов современной биологии.
5. Нобелевская премия
В 2020 году Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудна получили Нобелевскую премию по химии за разработку метода редактирования генома CRISPR-Cas9.
А можно ли смешивать гены разных животных?
Технически учёные могут переносить отдельные гены между организмами, и такие эксперименты проводятся в исследованиях. Но это не превращает животное в гибрид с набором всех свойств другого вида. Например, если бы удалось перенести ген, отвечающий за определённый белок, это не означает, что появится целая новая система органов или сложная способность.Что реально умеет современная наука?С помощью CRISPR сегодня можно:исправлять некоторые наследственные болезни,делать растения более устойчивыми к засухе или вредителям,изучать работу отдельных генов,изменять отдельные признаки у лабораторных животных для исследований.
Можно ли благодаря редактированию ДНК возродить вымерший вид животных?
Да, теоретически - да, но это гораздо сложнее, чем показывают в фильмах. Уже существуют проекты, цель которых - частично восстановить некоторые вымершие виды, но это не означает, что можно просто "клонировать мамонта".
Как это может работать?
Допустим, учёные хотят вернуть мамонта. Находят хорошо сохранившиеся останки (например, в вечной мерзлоте). Извлекают из них фрагменты ДНК. Сравнивают их с ДНК ближайшего современного родственника - азиатского слона. Находят различия между геномами. С помощью редактирования ДНК изменяют клетки слона, добавляя некоторые "мамонтовые" версии генов. После этого теоретически можно получить эмбрион с рядом признаков мамонта.
Это будет настоящий мамонт?
Скорее всего, нет. Проблема в том, что ДНК вымерших животных обычно повреждена и неполная, невозможно узнать абсолютно все отличия и на развитие организма влияет не только ДНК, но и условия внутри матери, а также другие биологические процессы. Поэтому, если такой проект окажется успешным, результатом, вероятно, станет животное, очень похожее на мамонта, а не его точная копия.
Share
