Najnowszy edytor genów radykalnie poprawia CRISPR

Koncepcyjna ilustracja dwóch puszek, jednej zwykłej Crispr, jednej Prime Pani Tech

Mimo całej swojej zasłużonej sławy, narzędzie do edycji genów CRISPR w rzeczywistości dość mocno obciąża genom. To para nożyczek DNA, które przecinają podwójną helisę, a to, co nazywa się edycją, jest w rzeczywistości pospieszną próbą komórki, aby połączyć wszystko z powrotem. To wprowadza błędy: krytycy nazwali nawet te nieprzewidywalne zmiany formą wandalizmu genomowego.

Dlatego naukowcy szukają sposobów, aby CRISPR spełnił swoją reputację jako prawdziwa funkcja wyszukiwania i zastępowania genów. Według Davida Liu, biologa z Uniwersytetu Harvarda, ostatecznym dążeniem inżynierów genomu jest zdolność do dokonania praktycznie każdej ukierunkowanej zmiany w genomie dowolnej żywej komórki lub organizmu.

Dzisiaj, w najnowszym – i prawdopodobnie najważniejszym – ostatnim ulepszeniu technologii CRISPR, Liu wprowadza wstępną edycję, gadżet molekularny, który według niego może przepisać każdy rodzaj błędu genetycznego bez faktycznego przecinania nici DNA, tak jak robi to CRISPR.

Nowa technologia wykorzystuje zmodyfikowane białko, które zgodnie z raport autorstwa Liu i 10 innych osób w czasopiśmie Nature, może przekształcić dowolną literę DNA w dowolną inną, a także dodawać lub usuwać dłuższe odcinki. W rzeczywistości Liu twierdzi, że jest w stanie naprawić prawie każdą z 75 000 znanych mutacji, które powodują choroby dziedziczne u ludzi.

CRISPR 1.0 jest najczęściej wykorzystywany do wyłączania genów, co czyni go przydatnym w badaniach i prawdopodobnie w leczeniu podzbioru chorób, w których potrzebny jest przycisk usuwania DNA. Za pomocą tego narzędzia możliwe są również bardziej rozległe wymiany genów, ale nie są one łatwe do kontrolowania.

Nowa technologia, która zapewnia szersze menu edycji z większą finezją, jest już warta niezliczonych sum pieniędzy. Jeszcze przed opublikowaniem gazety konsorcjum inwestorów venture capital, w tym Newpath, ramię firmy Google i F-Prime, utworzyło firmę Prime Medicine i kupiło do niej prawa od Broad Institute, w którym Liu ma laboratorium.

Firma jest bardzo nowa — nie ma jeszcze lokalizacji, nie ma pracowników — więc będziemy musieli poczekać, aby dowiedzieć się, czy będzie to ostatnia próba opracowania leków CRISPR, czy też zrobi coś innego. Robert Nelsen, partner w Arch Venture Partners, funduszu również zaangażowanym w transakcję, wysłał e-mail z informacją, że nie może podać więcej szczegółów. Niesamowity czas w świecie nauki, napisał. W tej chwili nic nie mówimy.

Jak działa edycja pierwszorzędna?

Jest to rodzaj CRISPR, ponieważ wykorzystuje to samo cudowne białko bakterii, Cas9, które może nakierować się na z góry określone miejsce w genomie roślinnym lub zwierzęcym, odnajdując drogę wśród miliardów liter. Ale w przeciwieństwie do klasycznego CRISPR, pierwszorzędna edycja nie łamie helisy DNA.

Liu i jego grupa zachowali część Cas9, która służy jako mechanizm naprowadzający, ale usunęli część nożyczek — składnik zwany nukleazą. W jego miejsce połączyli inny enzym, odwrotną transkryptazę, dobrze znaną w podręcznikach biologii, ponieważ jest to ten, który drażni się wzdłuż chromosomów, gdy komórki dzielą się, tworząc nową kopię.

Edytor dokumentów to naprawdę właściwy obraz, jeśli chcesz zobrazować, jak działa nowa, zmodyfikowana cząsteczka Liu. Najpierw naukowcy dodają trochę tekstu genetycznego, który chcą umieścić w genomie (pomyśl o tym jako o poleceniu kopiowania). Cas9 działa wtedy jak kursor, znajdując właściwą pozycję w DNA. Wreszcie odwrotna transkryptaza działa jak polecenie wklejania, kopiując tekst genetyczny przygotowany przez naukowców.

Zespół Liu, w tym postdok Andrew Anzalone, wypróbował pierwszorzędną edycję komórek w swoim laboratorium. Mówią, że naprawili błąd, który powoduje niedokrwistość sierpowatokrwinkową (jedna niewłaściwa litera), ten, który prowadzi do choroby Taya-Sachsa (cztery dodatkowe litery) i mutację, która jest częstą przyczyną mukowiscydozy (trzy brakujące litery).

Oryginalny CRISPR również może wykonywać niektóre z tych sztuczek, ale z niskim prawdopodobieństwem uzyskania dokładnych wyników, dlatego przez ostatnie kilka lat laboratorium Liu próbowało rozszerzyć możliwości tej technologii. Wcześniejszy wynalazek, edycja zasad, umożliwił im transmutację pewnych pojedynczych liter DNA w inne. Jednak nie każdy rodzaj zmiany był możliwy. Mówią, że pierwsza edycja może naprawić większość odziedziczonych błędów DNA występujących u gatunku ludzkiego, które powodują choroby genetyczne.

Duże sumy zaangażowane w walkę o komercjalizację supernarzędzi do edycji są widoczne w planach IPO Beam Therapeutics, oddzielnej firmy, którą Liu założył w celu pracy nad edycją bazową, co pomogło również w rozwoju pierwszorzędnej edycji. Oczekuje się, że udział finansowy badacza z Harvardu w tym startupie zajmującym się edycją genów, który ma na celu leczenie chorób krwi, takich jak anemia sierpowata, wyniesie ponad 50 milionów dolarów, gdy Beam wejdzie na giełdę.

Obietnica potencjalnego rozwiązania całego spektrum dziedzicznych ludzkich dolegliwości jest ogromna, ale w praktyce wciąż odległa. Narzędzia do edycji nie są jak aspiryna, mała cząsteczka, która łatwo przenika do komórek. Główny edytor jest pod względem molekularnym gigantyczny – więc wprowadzenie go do komórek ludzkich będzie wymagało czegoś w rodzaju terapii genowej.

Badania zostały opłacone przez rząd i filantropów i przeprowadzone na Harvardzie i non-profit Broad Institute. System zostanie udostępniony za zaledwie kilka dolarów za pośrednictwem izby informacyjnej Addgene , każdemu, kto chce go wykorzystać do nauki podstawowej.

Ponieważ CRISPR 1.0, edycja podstawowa i edycja pierwszorzędna mają swoje zalety i wady, Liu oczekuje, że wszystkie pozostaną w użyciu. Przy pierwszej edycji nie każda komórka przyjmuje pożądaną zmianę – co oznacza, że ​​nie jest jeszcze tak wydajna, jak chcieliby badacze.

To raczej początek niż koniec, Liu powiedział dziennikarzom podczas telekonferencji zorganizowanej przez Nature. Jeśli CRISPR jest jak nożyczki, redaktorzy baz są jak ołówek. Wtedy można pomyśleć o edytorach pierwszorzędnych jak o edytorze tekstu, zdolnym do precyzyjnego wyszukiwania i zastępowania… Wszyscy będą mieli swoje role.

W miarę jak edytowanie genomu staje się coraz silniejsze, kontrowersje wokół niektórych potencjalnych zastosowań – na przykład tworzenie designerskich dzieci, genetycznych pestycydów, a nawet broni bioterrorystycznych – prawdopodobnie zaostrzą się.

Liu nie odpowiedział na pytania o to, czy potężne nowe narzędzie ma jakieś wady ani w jaki sposób bodźce finansowe kształtują wybór tworzenia i dzielenia się tymi sposobami zmiany molekuły, na której opiera się całe życie.

ukryć