CRISPR:n villi ensimmäinen vuosikymmen vain naarmuttaa potentiaalinsa pintaa

Kymmenen vuotta sitten vähän tunnettu bakteeripuolustusmekanismi nousi pilviin kuuluisuuteen tehokkaana genomieditorina. Kuluneen vuosikymmenen aikana CRISPR-Cas9 on kehittänyt useita muunnelmia ja laajentunut kattavaksi työkalupakkiksi, jolla voidaan muokata elämän geneettistä koodia.

Kaukana norsunluutornin harjoittamisesta, sen käytännön käyttö tutkimuksessa, terveydenhuollossa ja maataloudessa tuli nopeasti ja raivoissaan.

Olet nähnyt otsikot. FDA hyväksyi sen käytön vuonna torjua sirppisolusairauden taustalla olevaa geneettistä mutaatiota. Jotkut tutkijat muokattu immuunisoluja torjumaan hoitamattomia verisyöpää lapsilla. Muut ottivat sioista ihmiseen tehdyt elinsiirrot unelmasta todellisuuteen yrittääkseen lievittää luovuttajaelinten pulaa. Viimeaikaisen työn tavoitteena on auttaa miljoonia ihmisiä, joilla on korkea kolesteroli – ja mahdollisesti tuoda CRISPR-pohjainen geeniterapia massojen käyttöön. vähentää heidän mahdollisuuksiaan sydänsairauksiin yhdellä injektiolla.

Mutta tohtori Jennifer Doudnalle, joka voitti Nobel-palkinnon vuonna 2020 roolistaan ​​CRISPR:n kehittämisessä, me vain raapaisimme sen potentiaalin pintaa. Yhdessä jatko-opiskelija Joy Wangin kanssa Doudna laati tiekartan teknologian seuraavalle vuosikymmenelle artikkelissa in tiede.

Jos 2010-luvulla keskityttiin CRISPR-työkalupakin luomiseen ja sen tehokkuuden osoittamiseen, tällä vuosikymmenellä teknologia saavuttaa täyden potentiaalinsa. Kirjoittajat kirjoittavat CRISPR-pohjaisista hoidoista ja laajamittaisista taudindiagnostiikkaan tarkoitetuista seulonnoista korkeasatoisten viljelykasvien ja ravitsevien elintarvikkeiden suunnitteluun.

Vuosikymmen kohokohtia

Olemme vuotaneet paljon mustetta CRISPR:n edistymisestä, mutta menneisyyteen kannattaa palata ennakoidaksemme tulevaisuutta – ja mahdollisesti selvittääksemme ongelmia matkan varrella.

Yksi varhainen kohokohta oli CRISPR:n uskomaton kyky suunnitella nopeasti tautien eläinmalleja. Sen alkuperäinen muoto leikkaa helposti pois kohdistetun geenin hyvin varhaisessa alkiossa, joka voi kohtuun siirrettynä tuottaa geneettisesti muunnettuja hiiriä vain kuukaudessa verrattuna vuoteen aiemmilla menetelmillä. CRISPR-lisäversiot, kuten perusmuokkaus – geneettisen kirjaimen vaihtaminen toiseen – ja alkumuokkaus – joka katkaisee DNA:n molempia säiettä katkaisematta – lisäsivät työkalupakin joustavuutta geneettisesti muunnettujen organoidien suunnittelussa (ajattele miniaivoja) ja eläimet. CRISPR loi nopeasti kymmeniä malleja eräille tuhoisimmista ja hämmentävimmistä sairauksistamme, mukaan lukien erilaiset syövät, Alzheimerin tauti ja Duchennen lihasdystrofia – rappeuttava sairaus, jossa lihas häviää hitaasti. Kymmeniä CRISPR-pohjaisia ​​kokeita on nyt käynnissä teoksissa.

CRISPR vauhditti myös geneettistä seulontaa big datan aikakauteen. Sen sijaan, että kohdennettaisiin yhtä geeniä kerrallaan, on nyt mahdollista hiljentää tai aktivoida tuhansia geenejä rinnakkain, mikä muodostaa eräänlaisen Rosetta-kiven geneettisten häiriöiden muuttamiseksi biologisiksi muutoksiksi. Tämä on erityisen tärkeää ymmärtääksemme geneettisiä vuorovaikutuksia, kuten syövän tai ikääntymisen aiheuttamia vuorovaikutuksia, joista emme olleet aiemmin tietoisia, ja saadaksemme uusia ammuksia lääkekehitykseen.

Mutta CRISPR:n kruunaava saavutus oli multipleksoitu editointi. Kuten useiden pianon näppäimien samanaikainen napauttaminen, tämän tyyppinen geenitekniikka kohdistuu useisiin tiettyihin DNA-alueisiin ja muuttaa genomin geneettistä rakennetta nopeasti yhdellä kertaa.

Tekniikka toimii kasveissa ja eläimissä. Ihmiset ovat aionien ajan kasvattaneet huolella kasveja, joilla on haluttuja ominaisuuksia – olipa kyseessä sitten väri, koko, maku, ravinto tai taudinsietokyky. CRISPR voi auttaa valitsemaan useita ominaisuuksia tai jopa kesyttämään uusia kasveja vain yhdessä sukupolvessa. CRISPR:n tuottamat sarvettomat sonnit, ravinnepitoisia tomaattejaja lihaksikkaat tuotantoeläimet ja kalat ovat jo todellisuutta. Maailman väestön kanssa saavuttaa 8 miljardia vuonna 2022 ja miljoonat nälkää näkevät, CRISPRed-viljelmät voivat tarjota pelastusköyden – toisin sanoen, jos ihmiset ovat valmiita hyväksymään teknologian.

Polku eteenpäin

Minne me menemme tästä?

Kirjoittajien mielestä meidän on edelleen lisättävä CRISPR:n tehokkuutta ja lisättävä luottamusta. Tämä tarkoittaa palaamista perusasioihin työkalun muokkaustarkkuuden ja tarkkuuden lisäämiseksi. Täällä Cas-entsyymien, CRISPR-koneiston "saksikomponentin" nopean kehityksen alustat ovat kriittisiä.

Menestystä on jo tapahtunut: yksi Cas-versio, esimerkiksi, toimii suojakaiteena kohdekomponentille – sgRNA:lle "verikoira". Klassisessa CRISPR:ssä sgRNA toimii yksin, mutta tässä päivitetyssä versiossa sen sitoutuminen on vaikeaa ilman Casin apua. Tämä temppu auttaa räätälöimään muokkauksen tiettyyn DNA-kohtaan ja lisää tarkkuutta, jotta leikkaus toimii ennustetulla tavalla.

Samanlaiset strategiat voivat myös lisätä tarkkuutta vähemmillä sivuvaikutuksilla tai lisätä uusia geenejä soluihin, kuten hermosoluihin ja muihin, jotka eivät enää jakautu. Vaikka se on jo mahdollista ensiluokkaisella editoinnilla, sen tehokkuus voi olla 30 kertaa matalampi kuin klassiset CRISPR-mekanismit.

"Ensisijaisen editoinnin päätavoite seuraavan vuosikymmenen aikana on tehokkuuden parantaminen muokkaustuotteen puhtaudesta tinkimättä – lopputulos, joka voi muuttaa primeeditoinnin yhdeksi monipuolisimmista tarkkojen muokkausten työkaluista", kirjoittajat sanoivat.

Mutta ehkä tärkeämpää on toimitus, joka on edelleen pullonkaula erityisesti terapiassa. Tällä hetkellä CRISPR:ää käytetään yleensä kehon ulkopuolisiin soluihin, jotka infusoidaan takaisin – kuten CAR-T:n tapauksessa – tai joissakin tapauksissa on kiinnitetty viruksen kantajaan tai kapseloitu rasvakupliin ja ruiskutettu kehoon. Onnistumisia on ollut: vuonna 2021, FDA hyväksyi ensimmäinen CRISPR-pohjainen laukaus geneettisen verisairauden, transtyretiiniamyloidoosin, torjumiseksi.

Silti molemmat strategiat ovat ongelmallisia: monet solutyypit eivät selviä CAR-T-hoidosta – kuolevat, kun ne viedään takaisin kehoon – ja tiettyihin kudoksiin ja elimiin kohdistuva kohdistaminen on enimmäkseen injektiohoitojen ulottumattomissa.

Kirjoittajien mukaan tärkeä edistysaskel seuraavalle vuosikymmenelle on kuljettaa CRISPR-lasti kohdekudokseen vahingoittamatta ja vapauttaa geenieditori sille tarkoitetussa paikassa. Jokainen näistä vaiheista, vaikka se näyttää paperilla yksinkertaiselta, sisältää omat haasteensa, joiden voittamiseksi tarvitaan sekä biotekniikkaa että innovaatioita.

Lopuksi, CRISPR voi synergisoida muiden teknologisten edistysten kanssa, kirjoittajat sanoivat. Esimerkiksi hyödyntämällä solukuvausta ja koneoppimista voimme pian suunnitella entistä tehokkaampia genomieditoreja. Kiitokset nopeampi ja halvempi DNA-sekvensointi, voimme sitten helposti seurata geenien muokkaamisen seurauksia. Nämä tiedot voivat sitten tarjota eräänlaisen palautemekanismin, jonka avulla voidaan suunnitella entistä tehokkaampia genomieditoreja hyödylliseen silmukkaan.

Tosimaailman vaikutus

Vaikka CRISPR-työkalupakin laajentaminen edelleen on asialistalla, tekniikka on riittävän kypsä vaikuttamaan todelliseen maailmaan toisella vuosikymmenellä, kirjoittajat sanoivat.

Lähitulevaisuudessa meidän pitäisi nähdä "enenevässä määrin CRISPR-pohjaisia ​​hoitoja siirtyvän kliinisten tutkimusten myöhempään vaiheeseen". Tarkasteltaessa pidemmälle tulevaisuuteen, tekniikka tai sen muunnelmat voisivat tehdä sioista ihmisiin tehtävistä ksenotransplantaatioista rutiininomaisen kokeellisen sijasta. Laajamittainen seulonnat ikääntymiseen tai rappeutuviin aivo- tai sydänsairauksiin johtavien geenien selvittämiseksi – tämän päivän tärkeimmät tappajamme – voisivat tuottaa ennaltaehkäiseviä CRISPR-pohjaisia ​​hoitoja. Se ei ole helppo tehtävä: tarvitsemme sekä tietoa monimuotoisten geneettisten sairauksien taustalla olevasta genetiikasta – toisin sanoen, kun useita geenejä tulee peliin – että tavan toimittaa muokkaustyökalut kohteeseensa. "Mutta mahdolliset hyödyt voivat ohjata innovaatioita näillä alueilla paljon pidemmälle kuin nykyään on mahdollista", kirjoittajat sanoivat.

Mutta suuremmalla teholla tulee myös suurempi vastuu. CRISPR on edennyt huimaa vauhtia, ja sääntelyvirastot ja yleisö kamppailevat edelleen saadakseen kiinni. Ehkä tunnetuin esimerkki oli CRISPR-vauvat, jossa kokeita on tehty maailmanlaajuisten eettisten ohjeiden vastaisesti ajettu kansainvälinen konsortio asettaakseen punaisen linjan ihmisen sukusolujen muokkaamiselle.

Samoin geneettisesti muunnetut organismit (GMO) ovat edelleen kiistanalainen aihe. Vaikka CRISPR on paljon tarkempi kuin aiemmat geneettiset työkalut, on kuluttajien päätettävissä, ovatko he tervetulleita uuden sukupolven ihmisen kehittämiä ruokia– sekä kasveja että eläimiä.

Nämä ovat tärkeitä keskusteluja, jotka tarvitsevat maailmanlaajuista keskustelua kun CRISPR siirtyy toiselle vuosikymmenelle. Mutta kirjoittajien mielestä tulevaisuus näyttää valoisalta.

"Aivan kuten CRISPR-genomieditoinnin aikana, tieteellisen uteliaisuuden ja yhteiskunnallisen hyödyn yhdistelmä ohjaa seuraavan vuosikymmenen innovaatioita CRISPR-teknologiassa", he sanoivat. "Jatkamalla luonnon tutkimista löydämme sen, mitä ei voi kuvitella, ja käytämme sitä reaalimaailmassa planeetan hyödyksi."

Kuva pistetilanne: NIH

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://singularityhub.com/2023/01/25/crisprs-wild-first-decade-only-scratches-the-surface-of-its-potential/