Công nghệ CRISPR Cas9

1. CISRPR Cas9 là gì?

Hệ thống những đoạn ngắn lặp lại xen kẽ (CRISPR) và CRISPR liên quan (Cas) là sự bổ sung mới nhất cho hộp công cụ chỉnh sửa bộ gen, cung cấp một giải pháp đơn giản, nhanh chóng và hiệu quả. Xuất phát từ các thành phần của hệ thống miễn dịch vi khuẩn đơn giản, hệ thống CRISPR-Cas9 cho phép phân tách gen mục tiêu và chỉnh sửa gen trong nhiều loại tế bào nhân chuẩn và do tính đặc hiệu của endonuclease trong hệ thống CRISPR-Cas9 được hướng dẫn bởi trình tự RNA đến hầu như bất kỳ locus gen nào bằng cách thiết kế trình tự RNA hướng dẫn và phân phối nó cùng với endonuclease Cas đến tế bào đích của bạn. Hệ thống CRISPR-Cas9 hứa hẹn rất nhiều trong các ứng dụng rộng rãi như kỹ thuật tế bào gốc, liệu pháp gen, mô hình bệnh mô và động vật và các cây chuyển gen kháng bệnh kỹ thuật.

2. CRISPR Cas9 hoạt động như thế nào?

Hệ thống CRISPR-Cas9 bao gồm một đoạn ngắn RNA hướng dẫn không mã hóa (gRNA) có hai thành phần phân tử: RNA CRISPR đặc hiệu đích (crRNA) và crRNA kích hoạt chuyển hóa phụ (tracrRNA). Đơn vị gRNA hướng dẫn protein Cas9 đến một locus gen cụ thể thông qua ghép cặp cơ sở giữa trình tự crRNA và trình tự đích (Hình 1).

Hình 1. CRISPR gRNA và Cas9 Protein.

Ở vi khuẩn, locus CRISPR bao gồm một loạt các đoạn lặp được phân tách bằng các đoạn DNA ngoại sinh (dài ~ 30 bp), được gọi là miếng đệm. Mảng lặp lại được phiên mã là tiền thân dài và được xử lý trong các chuỗi lặp lại để tạo ra các crRNA nhỏ xác định trình tự đích (còn được gọi là protospacers) được cắt bởi protein Cas9, thành phần nuclease của hệ thống CRISPR. Các miếng đệm CRISPR sau đó được sử dụng để nhận biết và làm im lặng các yếu tố di truyền ngoại sinh ở cấp độ DNA. Điều cần thiết cho sự phân tách là một mô-đun chuỗi ba nucleotide (NGG) ở đầu 3’ của khu vực mục tiêu, được gọi là mô-đun liền kề protospacer (PAM). PAM có mặt trong DNA đích, nhưng không phải là đoạn mục tiêu crRNA hướng tới (Hình 2).

Hình 2. Hệ thống CRISPR-Cas9.

Khi liên kết với chuỗi mục tiêu, protein Cas9 tạo ra sự phá vỡ chuỗi kép đặc hiệu. Sau khi phân tách DNA, sự phá vỡ được sửa chữa bằng bộ máy sửa chữa của tế bào thông qua các cơ chế kết nối không tương đồng (NHEJ) hoặc cơ chế sửa chữa theo hướng tương đồng (HDR). Với tính đặc hiệu của mục tiêu được xác định bởi một vùng mã hóa RNA rất ngắn, hệ thống CRISPR-Cas9 đơn giản hóa rất nhiều việc chỉnh sửa bộ gen (Hình 3)

Hình 3. Một đứt gãy hai sợi mục tiêu của CRISPR-Cas9. 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.

3. Các định dạng của sản phẩm

Hệ thống CRISPR-Cas9 đơn giản hóa rất nhiều việc chỉnh sửa bộ gen và có nhiều hứa hẹn trong các ứng dụng rộng rãi như kỹ thuật tế bào gốc, liệu pháp gen, mô hình bệnh mô và động vật và kỹ thuật chuyển gen kháng bệnh.

Hiện tại chúng tôi là công ty duy nhất cung cấp bộ thuốc thử chỉnh sửa bộ gen hoàn chỉnh. Các giải pháp chỉnh sửa gen này được kết hợp với thuốc thử nuôi cấy tế bào tối ưu, phương pháp phân phối và công cụ phân tích, dựa trên ứng dụng và loại tế bào của bạn.

a. Protein CRIPR Cas9

Invitrogen TrueCut Cas9 Protein v2, một loại Cas9 hoang dị ở dạng protein được thiết kế để mang lại hiệu quả chỉnh sửa cao hơn một cách nhất quán trên một loạt các mục tiêu gen và loại tế bào. Dựa trên 30 năm đổi mới hàng đầu trong ngành, khoản đầu tư vào R & D của Thermo Fisher Scientific giúp đảm bảo rằng các sản phẩm của chúng tôi đáp ứng đáng tin cậy nhu cầu nghiên cứu của bạn:

• Hiệu quả chỉnh sửa cao liên tục trong tất cả các dòng tế bào được thử nghiệm bao gồm tiêu chuẩn, miễn dịch, nguyên phát và gốc.

• Hiệu suất chỉnh sửa cao hơn tới 2 lần trong các mục tiêu khó hơn so với đối thủ

• Chất lượng cao được sản xuất theo tiêu chuẩn chất lượng ISO 13485 nghiêm ngặt

• Các giao thức được xác thực: đạt được thành công nhanh hơn bằng cách sử dụng các giao thức được tối ưu hóa cho một danh sách rộng rãi các loại tế bào

b. CRISPR gRNA

Khi sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 để loại bỏ biểu hiện gen hoặc loại bỏ một đột biến cụ thể, việc thiết kế, sản xuất và phân phối các gRNA chất lượng cao là rất quan trọng để đạt được kết quả thành công. Các nhà khoa học tại Thermo Fisher Khoa học đã phát triển nhiều giải pháp gRNA CRISPR để giúp bạn hiện thực hóa các mục tiêu của mình và phát triển các mô hình tác động cao để đưa nghiên cứu của bạn tiến lên phía trước.

c. LentiArray Cas9

Invitrogen LentiArray Cas9 Lentivirus cung cấp một phương pháp hiệu quả để điều khiển biểu hiện nuclease Cas9 mức độ cao trong nhiều loại tế bào. Cấu trúc lentivirus của LentiArray Cas9 bao gồm một phiên bản Cas9 trên người được tối ưu hóa với 2 tín hiệu định vị hạt nhân (NLS) (một trên đầu C và một trên đầu N) để tạo điều kiện chuyển nhân hiệu quả. LentiArray Cas9 lentivirus cung cấp cho bạn khả năng tạo ra một nhóm các tế bào biểu hiện Cas9 ổn định hoặc clone những Cas9 biểu hiện ổn định.

d.CRISPR Cas9 mRNA

GeneArt CRISPR Nuclease mRNA giúp sẵn sàng để chuyển mã, giảm các bước nhân bản tốn thời gian khi sử dụng các hệ thống vectơ CRISPR. Đơn giản chỉ cần phối hợp Cas9 mRNA với RNA hướng dẫn được sao chép in vitro (IVT gRNA) hoặc một băng biểu hiện gRNA tổng hợp. Sau khi truyền, protein Cas9 được gRNA hướng đến để nhắm vào locus gen cụ thể. Hệ thống này cho phép chỉnh sửa bộ gen đa bội, trong đó nhiều chuỗi gen mục tiêu có thể được chỉnh sửa đồng thời trong một phản ứng chuyển đổi đơn bằng cách thêm nhiều gRNA. Hệ thống này rất linh hoạt và đơn giản để sử dụng và việc thay đổi tính đặc hiệu của mục tiêu chỉ yêu cầu thay đổi trong thiết kế gRNA.

e. Plasmid CRISPR Cas9

Hệ thống CRISPR Nuclease cung cấp một hệ thống vectơ giao thức all in one, eady to use với một băng cassette biểu hiện hạt nhân Cas9 và một băng sao chép RNA hướng dẫn để nhân bản nhanh một crRNA đặc hiệu đích. Hệ thống này cho phép bạn chỉnh sửa và thiết kế quỹ tích bộ gen mà bạn chọn theo cách thức liên tục từ một plasmid. Sau khi các mục tiêu có liên quan đã được xác định bằng CRISPR của GeneArt, các đột biến liên quan đến sinh học có thể được xác thực bằng TAL của GeneArt để giảm khả năng nhắm mục tiêu không đặc hiệu.

f. CIRSPR Controls

a. CRISPR Cas9 Protein

b. CRISPR gRNA

TrueGuide Synthetic gRNA

Các Invitrogen TrueGuide  Synthetic gRNA là các gRNA tổng hợp sẵn sàng để được thiết kế và xác nhận để hoạt động với bộ công cụ chỉnh sửa bộ gen Invitrogen để cung cấp chỉnh sửa hiệu quả cao nhất quán. Invitrogen đang sử dụng sản xuất oligo hiệu suất cao của Synthego để mang đến cho bạn các TrueGuide synthetic gRNA. Cho dù bạn cần một giải pháp kinh tế cho các tác vụ chỉnh sửa thông thường hoặc bạn muốn tăng hiệu quả chỉnh sửa tối đa, đặc biệt là trong các tế bào chính hoặc tế bào gốc, các TrueGuide synthetic gRNA  cung cấp các thuốc thử mà bạn yêu cầu để giới thiệu chỉnh sửa cụ thể trong dòng tế bào của bạn.

CRISPR LentiArray

Invitrogen LentiArray CRISPR gRNA được thiết kế sẵn, lentivirus đóng gói sẵn được thiết kế để loại bỏ gen hiệu quả. Các thiết kế gRNA của LentiArray CRISPR đã được tạo ra bằng thuật toán thiết kế gRNA độc quyền và được tối ưu hóa cho hiệu quả loại bỏ tối đa mà không ảnh hưởng đến tính đặc hiệu. Các gRNA của LentiArray CRISPR có sẵn để hỗ trợ phát triển thử nghiệm trước màn hình và xác thực lần truy cập màn hình sau khi thực hiện các thử nghiệm sàng lọc thông lượng cao với các thư viện CRISPR của LentiArray. LentiArray CRISPR gRNA cũng có thể được sử dụng với LentiArray Cas9 lentivirus để thực hiện các thí nghiệm chỉnh sửa bộ gen trong các dòng tế bào và tế bào chính khó truyền.

c. LentiArray Cas9

d. CRISPR Cas9 mRNA