CRISPRi metsik esimene kümnend kriimustab ainult oma potentsiaali pinda

Kümme aastat tagasi tõusis vähetuntud bakterite kaitsemehhanism võimsa genoomiredaktorina kuulsuseks. Sellest möödunud kümnendi jooksul on CRISPR-Cas9 välja töötanud mitu varianti, laienedes terviklikuks tööriistakastiks, mis suudab redigeerida elu geneetilist koodi.

Kaugelt elevandiluust tornide püüdlustest oli selle praktiline kasutamine teadusuuringutes, tervishoius ja põllumajanduses kiire ja raevukas.

Olete pealkirju näinud. FDA kiitis selle kasutamise heaks aastal sirprakulise haiguse aluseks oleva geneetilise mutatsiooni vastu võitlemine. Mõned uurijad redigeeritud immuunrakud, et võidelda ravimatute verevähkide vastu lastel. Teised võtsid elundite siirdamine sealt inimesele unenäost reaalsusesse, püüdes leevendada doonororganite puudust. Hiljutise töö eesmärk on aidata miljoneid kõrge kolesterooliga inimesi ja potentsiaalselt tuua CRISPR-põhine geeniteraapia massidesse. vähendades nende võimalust haigestuda südamehaigustesse ühe süstiga.

Kuid dr Jennifer Doudna jaoks, kes pälvis 2020. aastal Nobeli preemia oma rolli eest CRISPR-i väljatöötamisel, kraabime selle potentsiaali pinda. Doudna koostas koos magistrandi Joy Wangiga tehnoloogia järgmise kümnendi tegevuskava artiklis in teadus.

Kui 2010. aastad keskendusid CRISPR-i tööriistakasti loomisele ja selle tõhususe tõestamisele, siis sellel kümnendil saavutab tehnoloogia oma täieliku potentsiaali. Autorid kirjutasid, et alates CRISPR-põhistest ravimeetoditest ja suuremahulistest haiguste diagnostika sõeltest kuni kõrge saagikusega põllukultuuride ja toiteväärtuslike toitude valmistamiseni on tehnoloogia "ja selle potentsiaalne mõju alles varajases staadiumis".

Esiletõstetud aastakümme

Oleme CRISPR-i edusammudele palju tinti valanud, kuid tuleviku ennustamiseks tasub minevikku uuesti üle vaadata ja potentsiaalselt probleeme otsida.

Üks varajane esiletõst oli CRISPR-i uskumatu võime luua kiiresti haiguste loommudeleid. Selle algvorm lõikab väga varajases embrüos kergesti ära sihitud geeni, mis emakasse siirdamisel võib genereerida geneetiliselt muundatud hiiri vaid kuuga, võrreldes varasemate meetoditega aastaga. Täiendavad CRISPR-i versioonid, nagu põhiredigeerimine – ühe geneetilise tähe vahetamine teise vastu – ja esmane redigeerimine – mis lõikab DNA ära ilma mõlemat ahelat lõikamata – suurendasid veelgi tööriistakomplekti paindlikkust geneetiliselt muudetud organoidide kujundamisel (mõtle miniajudele) ja loomad. CRISPR lõi kiiresti kümneid mudeleid meie kõige laastavamate ja segadust tekitavamate haiguste, sealhulgas erinevate vähivormide, Alzheimeri tõve ja Duchenne'i lihasdüstroofia – degeneratiivse häire, mille puhul lihased raiskavad aeglaselt – jaoks. Kümned CRISPR-il põhinevad katsed on praegu käimas töödes.

CRISPR kiirendas ka geneetilist sõeluuringut suurandmete ajastusse. Selle asemel, et sihtida ühte geeni korraga, on nüüd võimalik tuhandeid geene paralleelselt vaigistada või aktiveerida, moodustades omamoodi Rosetta kivi, mis muudab geneetilised häired bioloogilisteks muutusteks. See on eriti oluline geneetiliste koostoimete mõistmiseks, näiteks vähi või vananemise korral, mida me varem ei teadnud, ja uute laskemoona hankimiseks ravimite väljatöötamiseks.

Kuid CRISPR-i krooniks oli mitmekordne redigeerimine. Sarnaselt mitme klaveriklahvi samaaegsele koputamisele on seda tüüpi geenitehnoloogia sihiks mitu spetsiifilist DNA piirkonda, muutes kiiresti ühe käiguga genoomi geneetilist ülesehitust.

Tehnoloogia töötab taimedes ja loomades. Inimesed on eoneid hoolikalt kasvatanud ihaldusväärsete omadustega põllukultuure – olgu selleks värv, suurus, maitse, toitumine või vastupidavus haigustele. CRISPR võib aidata valida mitu tunnust või isegi kodustada uusi põllukultuure vaid ühe põlvkonna jooksul. CRISPR-i loodud sarvedeta pullid, toitaineterikkad tomatidja ülilihaselised põllumajandusloomad ja kala on juba reaalsus. Maailma rahvastikuga jõudis 8. aastal 2022 miljardini ja miljonid kannatavad nälga, CRISPRed-kultuurid võivad anda päästerõnga – see tähendab, kui inimesed on nõus tehnoloogiaga nõustuma.

Tee edasi

Kuhu me siit läheme?

Autorite arvates peame CRISPRi tõhusust veelgi suurendama ja usaldust looma. See tähendab, et peate pöörduma tagasi põhitõdede juurde, et suurendada tööriista redigeerimis- ja täpsust. Siin on kriitilise tähtsusega platvormid Cas-ensüümide, CRISPR-masinate "kääride" komponendi kiireks arendamiseks.

Edu on juba olnud: üks Cas-versioon, näiteks, toimib sihtimiskomponendi – sgRNA “verekoera” – kaitsepiirdena. Klassikalises CRISPR-is töötab sgRNA üksi, kuid selles värskendatud versioonis on sellel raskusi ilma CAS-i abita sidumisega. See trikk aitab kohandada redigeerimist konkreetse DNA saidi järgi ja suurendab täpsust, nii et lõikamine toimib ootuspäraselt.

Sarnased strateegiad võivad samuti suurendada täpsust vähemate kõrvalmõjudega või sisestada uusi geene rakkudesse, nagu neuronid ja teised, mis enam ei jagune. Kuigi peamise redigeerimisega juba võimalik, võib selle tõhusus olla 30 korda madalam kui klassikalised CRISPR-mehhanismid.

"Järgmise kümnendi peamise redigeerimise peamine eesmärk on tõhususe parandamine, ilma et see kahjustaks redigeerimistoote puhtust - tulemus, mis võib muuta põhiredigeerimise üheks kõige mitmekülgsemaks täppistöötluse tööriistaks," ütlesid autorid.

Kuid võib-olla olulisem on kohaletoimetamine, mis jääb kitsaskohaks eelkõige teraapiate puhul. Praegu kasutatakse CRISPR-i üldiselt kehavälistes rakkudes, mis infundeeritakse tagasi – nagu CAR-T puhul – või mõnel juhul on viirusekandja külge kinnitatud või rasvamullidesse kapseldatud ja kehasse süstitud. Edu on olnud: aastal 2021, kiitis FDA heaks esimene CRISPR-põhine võte geneetilise verehaiguse, transtüretiini amüloidoosi vastu võitlemiseks.

Kuid mõlemad strateegiad on problemaatilised: mitte paljud rakutüübid ei suuda CAR-T-ravi ellu jääda - surevad kehasse tagasitoomisel - ning konkreetsete kudede ja elundite sihtimine jääb süstitavate ravimeetodite jaoks enamasti kättesaamatuks.

Autorid ütlesid, et järgmise kümnendi võtmetähtsusega edasiminek on CRISPR-i lasti transportimine sihtkoesse ilma kahjustamata ja geeniredaktori vabastamine ettenähtud kohas. Kõik need sammud, kuigi paberil näivad lihtsad, kujutavad endast oma väljakutseid, mille ületamiseks on vaja nii biotehnoloogiat kui ka innovatsiooni.

Lõpuks võib CRISPR sünergiseerida teiste tehnoloogiliste edusammudega, ütlesid autorid. Näiteks rakkude pildistamise ja masinõppe abil saaksime peagi välja töötada veelgi tõhusamad genoomiredaktorid. Tänu kiirem ja odavam DNA sekveneerimine, saame seejärel hõlpsasti jälgida geenide redigeerimise tagajärgi. Need andmed võivad seejärel pakkuda omamoodi tagasiside mehhanismi, mille abil saab luua veelgi võimsamaid genoomiredaktoreid.

Mõju tegelikule maailmale

Kuigi päevakorras on CRISPR-i tööriistakasti edasine laiendamine, on see tehnoloogia piisavalt küps, et mõjutada reaalset maailma oma teisel kümnendil, ütlesid autorid.

Lähitulevikus peaksime nägema "suurenenud arvu CRISPR-il põhinevaid ravimeetodeid, mis liiguvad kliiniliste uuringute hilisematesse etappidesse". Vaadates kaugemale tulevikku, võib tehnoloogia või selle variandid muuta sigadelt inimesele elundi ksenotransplantaadid pigem rutiinseks kui eksperimentaalseks. Suuremahulised sõeluuringud geenide tuvastamiseks, mis põhjustavad vananemist või degeneratiivseid aju- või südamehaigusi – meie praegused suurimad tapjad – võivad anda profülaktilisi CRISPR-põhiseid ravimeetodeid. See pole lihtne ülesanne: vajame nii teadmisi mitmetahuliste geneetiliste haiguste aluseks olevast geneetikast – st kui mängu tulevad mitmed geenid –, kui ka võimalust toimetada redigeerimistööriistad sihtmärgini. "Kuid võimalik kasu võib nendes valdkondades innovatsiooni juhtida palju kaugemale sellest, mis täna on võimalik," ütlesid autorid.

Suurema jõuga kaasneb aga ka suurem vastutus. CRISPR on edenenud meeletu kiirusega ning reguleerivad asutused ja avalikkus näevad endiselt vaeva, et järele jõuda. Võib-olla oli kõige kurikuulsam näide sellest, CRISPR beebid, kus katsed viidi läbi ülemaailmsete eetikajuhiste vastaselt liikumapanev rahvusvaheline konsortsium, et kehtestada punane joon inimese sugurakkude redigeerimisele.

Sarnaselt on geneetiliselt muundatud organismid (GMOd) endiselt vastuoluline teema. Kuigi CRISPR on palju täpsem kui varasemad geneetilised tööriistad, on tarbijate otsustada, kas nad tervitavad uue põlvkonna inimeste poolt välja töötatud toiduained- nii taimsed kui ka loomad.

Need on tähtsad vestlused, mis vajavad globaalset diskursust kui CRISPR siseneb oma teisele kümnendile. Kuid autoritele paistab tulevik helge.

"Nii nagu CRISPR-i genoomi redigeerimise tuleku ajal, viib teadusliku uudishimu ja ühiskonna kasu toomise kombinatsioon järgmisele CRISPR-tehnoloogia innovatsiooni kümnendile," ütlesid nad. "Loodusmaailma uurimist jätkates avastame selle, mida pole võimalik ette kujutada, ja kasutame seda planeedi hüvanguks reaalses maailmas."

Image Credit: NIH

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://singularityhub.com/2023/01/25/crisprs-wild-first-decade-only-scratches-the-surface-of-its-potential/