CRISPR/Cas9: Kỹ thuật tiên tiến trong sinh học phân tử – Những lý thuyết tiếp cận chuyên sâu (P4)

CRISPR/Cas9 đang thu hút sự quan tâm của hầu hết các nhà khoa học trên toàn thế giới trong lĩnh vực chỉnh sửa bộ gen và các lĩnh vực sinh học khác cũng được hưởng lợi từ kỹ thuật này. Được khám phá từ một cơ chế tự vệ trong vi khuẩn, hệ thống này có thể dễ dàng lập trình để cắt và chỉnh sửa bất kỳ trình tự DNA nào ở các loài khác nhau. Vậy, cơ chế của nó như thế nào? Ứng dụng vào những gì? Quy trình thực hiện ra sao? Liệu ngoài những ưu điểm, CRISPR/Cas9 có nhược điểm nào không?

Bài 1: Cơ chế hoạt động của hệ thống CRISPR/Cas9

Bài 2: Ứng dụng linh hoạt CRIPSR/Cas9 trong chỉnh sửa bộ gen 

Bài 3: Phương thức sử dụng CRISPR/Cas9 tạo đột biến indel knockout gen mục tiêu

Bài 4: Ưu điểm và hạn chế của hệ thống CRISPR/Cas9 so với các kỹ thuật sửa đổi gen khác [8] 

1. Ưu điểm của hệ thống CRISPR/Cas9 [10]

• Thao tác linh động: Cas9 có thể dễ dàng retargeted các trình tự DNA mới bằng cách thiết kế những cặp oligos khác mã hóa các gRNA tại những mục tiêu khác. Ngược lại, retargeted của Talen đến một trình tự DNA mới đòi hỏi việc thiết lập hai gen Talen mới và điều này sẽ làm mất nhiều thơi gian hơn.
• Cắt chuyên biệt với độ đặc hiệu cao: WT S. pyogenes Cas9 (SpCas9) được xác định cắt theo dạng đầu bằng (blunt end) tại vị trí base thứ 17 và 18 trong trình tự DNA mục tiêu. Đột biến dư lượng xúc tác trong RuvC hoặc HNH nuclease của SpCas9 biến đổi enzyme thành enzyme DNA nicking. Ngược lại, Talens tách không đặc hiệu trong mối liên kết 12-24 bp giữa những cặp base của vùng Talen monomer-binding.
• Chỉnh sửa gen hiệu quả: SpCas9 và Talens đều được biết như những kỹ thuật chỉnh sửa gen hiệu quả trong nhiều loại tế bào và sinh vật. Tuy nhiên, do sự dễ dàng nhắm mục tiêu, Cas9 có thể được sử dụng để nhắm mục tiêu nhiều locus gen đồng thời bởi sự kết hợp của gRNAs đến các tế bào quan tâm.

2. Hạn chế của hệ thống CRISPR/Cas9 [10]

• Nhắm sai mục tiêu bởi sự lựa chọn sai mục tiêu ban đầu
• Sự thay đổi tương đồng chỉ trên một số rất ít tế bào
• Tỷ lệ không hiệu quả của HDR và NHEJ
• Hiệu quả vận chuyển đến tế bào và các thành phần khác
• Sự an toàn và hiệu quả
• Vấn đề đạo đức về những cạnh tranh phi khoa học như chính trị, thương mại, hay chiến tranh.
• Sự hiểu biết đối với toàn bộ gen con người còn nhiều hạn chế, nhất là sự biểu hiện của gen: những gen nào thực sự là bản sao của chính nó và những gen nào chỉ là sự gây nhiễu về tín hiệu? Những hậu quả tiềm tàng trong việc chỉnh sử gen, thiếu tính cụ thể trong mục tiêu, nhắm mục tiêu không bao hàm đầy đủ, tất cả đều có thể có tác động tiêu cực đối với tế bào sau chỉnh sửa gen.

Tham khảo:

[8] Ran, F.A., et al., Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system, doi:10.1038/nprot.2013.143

[10] George M.Church., et al., CRISPR-Cas9 System: Opportunity and Concern, doi:10.1373/clinchem.2016.263186

Tác giả: IBSG Molecular Cell Biology

Cố vấn và biên tập: Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Phương Thảo