سيستم CRISPR از مواجهه با يك توالي تكراري مرموز براي تكنولوژي تا ويرايش ژنوم

CRISPR System from Encounter with a Mysterious Repeated Sequence to Genome Editing Technology

تناوب‌هايِ كوتاهِ پاليندرومِ فاصله‌دارِ منظمِ خوشه‌اي (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) ، سيستم هاي CRISPR- Cas ، سيستم هاي ايمني به دست آمده شناخته شده است كه در آركيا و باكتري ها گسترده است. نوكلئاز هاي RNA راهنما از سيستم هاي CRISPR- Cas در حال حاضر به عنوان ابزار قابل اعتماد براي ويرايش و مهندسي ژنوم در نظر گرفته شده است. نخستين اشاره به آنها در سال 1987 بود، زماني كه در ژنوم اشرشيا كلاي در طول تجزيه و تحليل ژن هاي دخيل در متابوليسم فسفات يك توالي DNA تكراري غير معمول كشف شد ، كه پس از آن به عنوان يك CRISPR تعريف شد،. الگوهاي توالي مشابه پس از آن در طيف وسيعي از باكتري هاي ديگر و همچنين در آركي باكتر هاي نمك دوست گزارش شده است، كه نشان مي دهد نقش مهمي براي چنين خوشه هاي تكاملي حفظ شده از توالي هاي تكراري دارد. يك گام مهم در جهت مشخص كردن ويژگي سيستمCRISPR-Cas ، شناسايي ارتباط بين CRISPR ها و پروتئين هاي مرتبط با Cas بود كه در ابتدا فرض بر اين بود كه در تعميرات DNA درآركي هاي گرمادوست دخالت داشته باشد. زيست شناسي ساختاري و بيوشيمي پيشرفته مي تواند نه تنها در ويرايش ژنوم بر پايه CRISPR-Cas9 و ديگر سيستم هاي CRISPR-Cas كلاس II دست به دست هم دهد، بلكه درك منشا و تكامل اين سيستم از عناصر متحرك ژنتيكي، نشان دهنده عناصر متحرك ژنتيكي است.

Clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)- Cas systems are well-known acquired immunity systems that are widespread in archaea and bacteria. The RNA-guided nucleases from CRISPR-Cas systems are currently regarded as the most reliable tools for genome editing and engineering. The first hint of their existence came in 1987, when an unusual repetitive DNA sequence, which subsequently was defined as a CRISPR, was discovered in the Escherichia coli genome during an analysis of genes involved in phosphate metabolism. Similar sequence patterns were then reported in a range of other bacteria as well as in halophilic archaea, suggesting an important role for such evolutionarily conserved clusters of repeated sequences. A critical step toward functional characterization of the CRISPR-Cas systems was the recognition of a link between CRISPRs and the associated Cas proteins, which were initially hypothesized to be involved in DNA repair in hyperthermophilic archaea. Comparative genomics, structural biology, and advanced biochemistry could then work hand in hand, not only culminating in the explosion of genome editing tools based on CRISPR-Cas9 and other class II CRISPR-Cas systems but also providing insights into the origin and evolution of this system from mobile genetic elements denoted casposons. To celebrate the 30th anniversary of the discovery of CRISPR, this minireview briefly discusses the fascinating history of CRISPR-Cas systems, from the original observation of an enigmatic sequence in E. coli to genome editing in humans.