1. Công nghệ CRISPR/CAS9 nghệ là gì?

CRISPR/CAS9 là hệ thống những đoạn ngắn lặp lại xen kẽ - Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) và CRISPR associated protein 9 (Cas9) là hệ thống đáp ứng miễn dịch ở tế bào vi khuẩn. CRISPR/Cas9 cho phép tạo ra những thay đổi trên trình tự DNA theo cách có chủ đích tại một vị trí xác định trong vùng genome mục tiêu. Năm 2012, lần đầu tiên công nghệ CRISPR được áp dụng làm kĩ thuật chỉnh sửa hệ gen nhờ công trình nghiên cứu của nhóm tác giả Jennifer Doudna và Emmanuelle Charpentier tại trường đại học California.

Xem thêm: << Kỹ thuật giải trình tự thế hệ mới-hiệu năng cao (NGS)>>

2. Cơ chế tự sửa chữa của tế bào của hệ thống CRISPR

Hệ thống CRISPR giúp enzyme cắt DNA (Cas9) nhận biết trình tự đặc hiệu thông qua RNA dẫn đường (“guide RNA”, gRNA) có chiều dài khoảng 18 đến 20 base và bổ sung với trình tự đích. Để có thể giúp Cas9 nhận biết thành công trình tự mục tiêu, trong trình tự bộ gen đích phải có một đoạn trình tự protospacer adjacent motif (PAM) ngay sau trình tự đích và thường là 5’-NGG-3’, trong đó N là một nucleotit bất kỳ. Khi phức hợp Cas9/gRNA bám vào trình tự mục tiêu, enzyme Cas9 sẽ cắt đoạn DNA ở cả 2 mạch tại vị trí nucleotit thứ ba và thứ tư phía trước trình tự PAM.

Hình 1: Phức hệ CRISPR/Cas9 (nguồn ThermoFisher)

Theo cơ chế tự sửa chữa của tế bào, đoạn DNA sau khi bị cắt sẽ được hàn gắn lại theo 2 con đường: con đường ghép nối không tương đồng (non-homologous end joing NHEJ và con đường sửa chữa tái tổ hợp tương đồng (homology directed repair – HDR). Con đường sửa chữa NHEJ sẽ tạo ra các đột biến mất hoặc mất nucleotide, trong khi con đường sửa chữa HDR sử dụng khuôn mẫu có trình tự tương đồng ở khớp nối nên bảo toàn được trình tự DNA. Thông qua cơ chế cắt và nối DNA này ta có thể thêm, xoá, thay đổi trình tự DNA trong hệ gen.

Hình 2 CRISPR/Cas9 cắt đứt sợi mục tiêu. Sự phân tách xảy ra trên cả hai chuỗi, 3 bp của chuỗi mô-đun liền kề NGG proto-spacer (PAM) nằm trên đầu 3 của chuỗi mục tiêu (nguồn ThermoFisher)

Do chỉ cần thiết kế một gRNA mới khi cần cắt một trình tự mục tiêu trong cùng một hệ gen chủ, chỉnh sửa hệ gen bằng CRISPR/Cas9 trở nên vừa đơn giản vừa linh hoạt và dễ thao tác. Mặt khác, khi kết hợp nhiều gRNA, hệ thống CRISPR/Cas9 cho phép cắt nhiều mục tiêu cùng lúc. Với việc thiết kế đơn giản và hiệu quả cao đồng thời có thể sử dụng đối với nhiều loại tế bào khác nhau và nhiều gen cùng lúc, CRISPR/Cas9 thực sự là một hệ thống tiềm năng để biến đổi DNA bộ gen.

XEM THÊM

1. Chúng ta đến gần với thuốc chữa ung thư

2. Định hướng của Bộ Y tế trong thời gian tới nhằm chặn vấn nạn thực phẩm bẩn