Genome editing technology short note

เทคโนโลยีการตัดแต่งจีโนม (Genome editing technology)

เป็นเทคโนโลยีที่อาศัยการกระตุ้นของการเกิด DNA double strand break แล้วเหนี่ยวนำให้เกิดกระบวนการซ่อมแซม DNA อันจะมีอยู่ 2 วีธีหลัก คือ 

1. Homologous recombination (HR) ซึ่งต้องการ template ในการที่จะซ่อมแซมความเสียหายที่เกิดขึ้น ผลจากการซ่อมแซมดังกล่าวจะทำให้ได้สายของสารพันธุกรรมกลับมาเป็นอย่างเดิม (error-free)

2. Non-homologous end-joining (NHEJ) เป็นการซ่อมแซมแบบต่อสายของ DNA ที่ขาดเข้าโดยตรง ซึ่งกระบวนการต่อนั้นโดยปกติแล้วจะมีการเพิ่ม หรือการเติมของสารพันธุกรรมกลับเข้าไปในบริเวณที่เกิด DNA double strand break นอกเหนือไปจากนี้แล้ว อาจจะทำให้เกิดการ translocation ของตัว genome อันเนื่องมาจากการต่อกันที่ผิดของตัวแท่งโครโมโซม ดังนั้นแล้ววิธีการซ่อมแซมดังกล่าวส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของ genome (error-prone)

ณ ตอนนี้เทคโนโลยีที่มีการกล่าวถึงมากที่สุด คือ Zinc finger, TALENs และ CRISPR/Cas ซึ่งถือว่าเป็นเทคโนโลยีสมัยใหม่ในการตัดแต่งจีโนม เทคโนโลยีทั้งสามดังกล่าวจะเกี่ยวข้องกับการทำให้เกิด DNA double strand break ก่อนโดยอาศัยการทำงานของ endonuclease ความสามารถในการตัดได้อย่างมีความจำเพาะเจาะจงจะขึ้นอยู่กับการออกแบบ machinery ในการตัดซึ่งอาจจะเป็นโปรตีนทั้งก้อน อย่างเช่น Zinc finger nuclease (ZFn) และ Transcription-activator like effector nuclease (TALEN) หรือการใช้สายของ RNA ในการเป็นตัวนำไปยังบริเวณที่เราต้องการให้เกิด DNA double strand break ในขณะเดียวกันชิ้นส่วนของ DNA template จะถูกนำเข้าไปในเซลล์พร้อมกับ machinery ที่ใช้ในการตัดสาย DNA เพื่อนำมาใช้เป็น template ในกระบวนการซ่อมแซมแบบ HR เทคโนโลยีการตัดแต่งจีโนมที่มีการกล่าวถึงกันมากที่สุดในช่วงหลัง คือ Zinc finger nuclease, Transcription-activator like effector nuclease (TALEN) และ CRISPR-Cas 

1. Zinc finger nuclease (ZFn)
กลไกนี้อาศัยเทคโนโลยีทางด้านพันธุวิศวกรรมในการตัดและต่อส่วนที่จับกับดีเอ็นเอของ transcription factors (TF) นำมาเชื่อมต่อกับส่วนของเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ตัดดีเอ็นเอ ชื่อว่า FokI อันเป็นเอนไซม์ที่ตัดภายในสายดีเอ็นเอ (Type IIS restriction enzyme) แบบไม่เจาะจง

2. Transcription-activator like effector nuclease (TALEN)
กลไกนี้อาศัยเทคโนโลยีทางด้านพันธุวิศวกรรมเหมือนกับข้างต้น เพียงแต่กลไกในการจับกับสาย DNA จะใช้ TALE ที่มาจากเชื้อ Xanthomonas spp. ซึ่งเป็น แบคทีเรียที่ก่อให้เกิดโรคในพืช เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการจับได้อย่างจำเพาะ ลำดับความซ้ำของกรดอะมิโนจะถูกกนำมาปรับปรุงโดยเทคนิคทางพันธุวิศวกรรมเพื่อให้มีประสิทธิภาพในการจับกับจีโนมได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีความแม่นยำมากขึ้น

3. Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-(Cas9)
จะเป็นการอาศัยการทำงานของ endonuclease ของ Cas9 ในการตัดเส้นสาย DNA โดยความจำเพาะเจาะจงในการตัดจะขึ้นอยู่กับตัว guided RNA ที่เราสามารถออกแบบให้มีความจำเพาะเจาะจงกับบริเวณของ genome ในสิ่งมีชีวิตที่เราต้องการจะนำไปตัดต่อ