CRISPR-geenien editoinnissa oli läpimurtovuosi – ja se on vasta alussa

CRISPR-geenien editoinnissa oli läpimurtovuosi – ja se on vasta alussa

Aikaleima: 26. joulukuuta 2023 10
CRISPR-geenien muokkaus oli läpimurtovuosi – ja se on vasta aloitus PlatoBlockchain Data Intelligence. Pystysuuntainen haku. Ai.

CRISPR päättyi 2023 räjähdysmäisesti.

In marraskuu, geeninmuokkaustyökalu sai ensimmäisen kliinisen hyväksyntänsä sirppisoluanemian ja beetatalassemian hoitoon Yhdistyneessä kuningaskunnassa. Nämä kipeät verihäiriöt johtuvat yhdestä geneettisestä kirjoitusvirheestä, joka vääristää verisolujen muotoa ja rajoittaa niiden kykyä kuljettaa happea.

Muutamaa viikkoa myöhemmin Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto valitsi sirppisoluhoidon ja sen on määrä päättää beeta-talassemiasta ensi vuoden maaliskuuhun mennessä. A Euroopan lääkevirasto Sääntelykomitea hyväksyi pian hoidon, mikä viittaa siihen, että se on todennäköisesti saatavilla kaikkialla Euroopassa. Jopa hyväksyntä inspiroi sketsiä on Saturday Night Live.

Kaikkeen fanfaariin on syytä. CRISPR-Cas9 löydettiin ensin bakteerien puolustusmekanismina. Hieman yli kymmenen vuoden kuluttua siitä, kun sitä testattiin ensimmäisen kerran ihmissoluissa, tekniikka on muuttanut biotekniikan kasvot ja antanut meille tarkkoja työkaluja elämän suunnitelman muokkaamiseen.

Ihmisen genomin kartoittamisesta lähtien tutkijat ovat visioineet mutatoituneiden geenien korvaamisen terveillä geneettisten sairauksien parantamiseksi. Tänä vuonna CRISPR toteutti tämän vision. Casgevy, hiljattain hyväksytty geenieditori, korjaa geneettisiä virheitä potilaiden luuytimestä eristettyissä kantasoluissa. Kun muokatut kantasolut infusoidaan takaisin kehoon, ne synnyttävät terveitä verisoluja, jotka toimittavat happea koko kehoon.

Mutta edistyksellisyydestään huolimatta CRISPR:llä on ongelmia. Työkalu katkaisee molemmat DNA-säikeet, jotka voivat aiheuttaa vaarallisia mutaatioita – kuten sellaisia, jotka käynnistävät syöpää laukaisevia geenejä. Se voi myös vahingossa katkaista genomin toisiinsa liittymättömiä osia ja laukaista sivuvaikutuksia.

CRISPR on kiistaton läpimurto ja sen arvoinen Nobel palkinto. Mutta ehkä jännittävämpää on se, että se on vasta ensimmäisen sukupolven työkalu, jolla on potentiaalia jatkaa biotekniikan muokkaamista tulevina vuosikymmeninä.

Perheen laajentaminen

CRISPR-reseptissä on kaksi pääainesosaa: "saksiproteiini", joka leikkaa tai leikkaa genomin, ja "verikoiran" RNA-opas, joka kiinnittää sakset kohdegeeniin. Reseptin vaihteleminen johtaa geenien muokkaustyökalujen maailmaan, joista jokaisella on oma erikoisuutensa. Jotkut vaihtavat yksittäisiä geneettisiä kirjaimia, toiset leikkaavat yhden DNA-juosteen sen sijaan, että pilkkovat molemmat. Reseptistä huolimatta lopputavoite on sama: muokata tarkasti mitä tahansa genomin osaa haluamallasi tavalla.

Tänä vuonna CRISPR teki yhteistyötä myös toisen teknologian raskaan hitterin kanssa -tekoäly-työntää geenimuokkauksen rajoja.

Esimerkiksi tutkijat käyttivät tekoälyä optimoimaan olemassa olevia geeninmuokkaustyökaluja. Koneoppiminen auttoi ennustaa kohteen ulkopuolisia vaikutuksia CRISPR-työkaluissa, jotka kohdistuvat RNA:han DNA:n sijasta, mikä laajentaa työkalun terapeuttista soveltamisalaa. Ja AlphaFoldiin perustuva algoritmi, joka ennustaa proteiinin rakenteen, kotiutunut sisään pienemmillä CRISPR-proteiinin "veitsellä", jotka tekevät geneettisistä leikkeistä tarkempia. Pienennetyt geenieditorit on myös helpompi pakata ja toimittaa genomikohteensa.

Tekoäly laajensi myös tunnettua CRISPR-muunnelmien universumia. Selaa valtavia tietokantoja geneettisestä materiaalista eksoottisista lähteistä – kerätty Etelämantereen rannoilta koiran sylkeen – algoritmi löysi satoja mahdollisia CRISPR-variantteja bakteereissa, jotka ovat harvinaisia, mutta vakaita ja tehokkaita ihmisen genomien muokkaamisessa.

Tiedonlouhinta löysi yllättäen myös CRISPR:n kaltaisia ​​mekanismeja toinen elämän osa-eukaryootit. Näitä ovat sienet, levät ja eläimet, mutta eivät bakteerit, joista CRISPR löydettiin ensimmäisen kerran. Fanzoreiksi kutsutut järjestelmät ovat analogisia CRISPR:n kanssa, vain eri komponenteilla. Varhaiset tutkimukset ovat havainneet, että Fanzorit voivat lisätä ja poistaa geneettistä tietoa ihmissoluista vaurioittaen mahdollisimman vähän läheistä DNA:ta tai RNA:ta, ja ne voidaan helposti ohjelmoida uudelleen kohdentamaan tiettyjä genomikohtia.

Toisin sanoen: Geenien muokkaustyökalujen maailma on vielä laajempi, ja se odottaa tutkimista.

Uusi kliininen aalto

Merkittävä hyväksyntä CRISPR-pohjaiselle terapialle luo alustan tekniikan uudempien sukupolvien käyttöön, mukaan lukien perus- ja prime-editointi.

Vuonna 2016 kehitetty peruseditointi katkaisee yhden DNA-säikeen sen sijaan, että se leikkaa molempia, mikä tekee siitä paljon vähemmän todennäköisemmän tahattomien bittien leikkaamisen. Siitä lähtien tiedemiehet ovat Suunnitteli uudelleen "saksiproteiinin". minimoimaan edelleen ei-toivottuja DNA-vaurioita ja pienentämään komponenttien kokoa, jotta ne voivat helposti saada turvallisia viruksia tai nanopartikkeleita soluihin.

Tänä vuonna peruseditointi yhdisti CAR-T-terapian – hoidon, joka vahvistaa ihmisen immuunisoluja taistelemaan syöpää vastaan. Täällä ihmisen T-solut poistetaan ja suunnitellaan metsästämään paremmin kohteitaan. Yksi kunnianhimoinen oikeudenkäynti käyttää peruseditointia tarkistaakseen neljää geeniä immuunisoluissa auttaakseen niitä etsimään ja tuhoamaan kasvainsoluja leukemiassa.

Hoito on samanlainen kuin FDA:n hyväksymä Casgevy sirppisolusairauden hoitoon, mikä edellyttää lääkäreiden ottamista ja muokkaamista verta tuottavia kantasoluja kehon ulkopuolella. Tämän jälkeen potilas käy läpi hoidon, joka puhdistaa sairaat solut luuytimestä ja tekee tilaa muokatuille soluille. Nämä kantasolut synnyttävät lopulta terveitä punasoluja, jotka lisäävät happea koko kehossa ja lievittävät oireita. Vaikka tällainen hoito muuttaa elämää, se on pitkä ja vaikea. Potilaat saattavat joutua viettämään vähintään kuukauden sairaalassa ennen hoidon alkamista, mikä lisää jo ennestään kohtuutonta hoitolaskua.

Vaihtoehtona on "yksi ja tehty" laukaus.

Tänä vuonna vuonna a pieni kliininen tutkimus Ihmisillä, jotka ovat geneettisesti alttiita vaarallisen korkeille kolesterolitasoille, yksittäinen laukaus perustoimittajaa leikkasi valtimoiden tukkivaa rasvaa 55 prosentilla – tulokset saattavat kestää eliniän. Kehittäjä Verve Therapeutics, kokeilu on ensimmäinen, joka käyttää peruseditointia ihmisillä krooniseen sairauteen.

Toisin kuin syöpähoidot, jotka on räätälöity tarkasti tietyn henkilön biologiaa varten, hoito on valmis – mahdollisesti tuo teknologian massoille pienemmillä kustannuksilla. Tiedemiehet tutkivat vastaavia hoitoja kystinen fibroosi, joka vahingoittaa keuhkoja ja ruoansulatusjärjestelmää.

Samaan aikaan ensiluokkaista editointia tarvitaan myös kliinisiin kokeisiin. Käynnistettiin 2019: ssä, teknologia otti geenien muokkausta myrskyllä ​​sen silmiinpistävän tarkkuuden vuoksi. Siitä lähtien tutkijat ovat optimoineet järjestelmän tehokkuuden lisäämiseksi entisestään. Optimointi kannattaa: Ensisijainen lääketiede, menetelmän keksijästä erillään oleva bioteknologiayritys, käynnistää kliinisen kliinisen tutkimuksen, joka koskee kroonista granulomatoottista sairautta, perinnöllistä sairautta, joka heikentää kehon kykyä torjua infektioita.

Geeneistä epigenomiin

Geenieditorina tunnettu CRISPR on hiljattain laajentanut toiminta-aluettaan epigenomi– mekanismien perhe, joka ohjaa geenien kytkemistä päälle tai pois päältä. On jo näkyvissä menestystä. Yhdessä kädellisillä tehdyssä tutkimuksessa geenin sulkeminen epigeneettinen muokkaus auttoi alentamaan vaarallisia kolesterolitasoja, ja vaikutukset kestivät lähes vuoden.

Epigenomeeditaatiolla on etunsa. Se on todennäköisesti paljon turvallisempi kuin klassinen CRISPR, koska se ei muuta suoraan genomia. Se voi myös tukahduttaa krooniset infektiot, kuten hepatiitti B tai HIV, jotka piilevät kehossa jopa ilman merkittäviä oireita.

Epäilemättä CRISPR:llä on ollut villi juoksu. Kun useita kliinisiä tutkimuksia on käynnissä, se on asetettu uudelle virstanpylväsvuodelle. Pääleikkauksen keksijänä tohtori David Liu sanoi 2019: ssä: "Tämä on enemmän alkua kuin loppua."

Kuva pistetilanne: Sufyan / Unsplash

Aikaleima:

Lisää aiheesta Singulaarisuus Hub