A CRISPR génszerkesztés áttörést hozott – és ez még csak most kezdődik

A CRISPR génszerkesztés áttörést hozott – és ez még csak most kezdődik

Időbélyeg: 26. december 2023. 10:00
CRISPR Gene Editing Had a Breakthrough Year—and It's Only Getting Started PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

A CRISPR robbanással zárta 2023-at.

In november, a génszerkesztő eszköz megszerezte első klinikai jóváhagyását a sarlósejtes vérszegénység és a béta-talaszémia kezelésére az Egyesült Királyságban. Ezeket a fájdalmas vérrendellenességeket egyetlen genetikai hiba okozza, amely torzítja a vérsejtek alakját és korlátozza oxigénszállítási képességüket.

Néhány héttel később az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatósága zöld fényt adott a sarlósejtes terápiának, és jövő év márciusáig döntést kell hoznia a béta-talaszémiáról. A Európai Gyógyszerügynökség A szabályozó bizottság hamarosan jóváhagyta a terápiát, ami azt sugallja, hogy valószínűleg egész Európában elérhető lesz. Még a jóváhagyást is ihletett egy szettet on Saturday Night Live.

Minden fanfárnak megvan az oka. A CRISPR-Cas9-et először bakteriális védekező mechanizmusként fedezték fel. Alig több mint egy évtized alatt, amióta először tesztelték emberi sejtekben, a technológia megváltoztatta a biotechnológia arculatát, és precíziós eszközöket adott számunkra az élet tervrajzának szerkesztéséhez.

Az emberi genom feltérképezése óta a tudósok azt képzelték, hogy a mutáns géneket egészségesekkel helyettesítik a genetikai betegségek gyógyítása érdekében. Idén a CRISPR megvalósította ezt az elképzelést. Casgevy, az újonnan jóváhagyott génszerkesztő kijavítja a betegek csontvelőjéből izolált őssejtek genetikai hibáit. Amikor visszajuttatják a szervezetbe, a szerkesztett őssejtek egészséges vérsejteket eredményeznek, amelyek oxigént szállítanak az egész szervezetbe.

De a kifinomultsága ellenére a CRISPR-nek vannak problémái. Az eszköz levágja a DNS mindkét szálát, ami veszélyes mutációkat okozhat – például olyanokat, amelyek rákot kiváltó géneket kapcsolnak be. Ezenkívül véletlenül levághatja a genom nem kapcsolódó részeit, és mellékhatásokat válthat ki.

A CRISPR vitathatatlan áttörés, és érdemes a Nóbel díj. De talán még izgalmasabb az a tény, hogy ez csak egy első generációs eszköz, amely az elkövetkező évtizedekben folytathatja a biotechnológia átalakítását.

A család bővítése

A CRISPR receptjének két fő összetevője van: egy „ollós” fehérje, amely elvágja vagy elvágja a genomot, és egy „vérkutya” RNS útmutató, amely az ollót a célgénhez köti. A receptek variálása a génszerkesztő eszközök világát eredményezi, mindegyiknek megvan a maga különlegessége. Vannak, akik egyetlen genetikai betűt cserélnek, mások egy DNS-szálat vágnak le, ahelyett, hogy mindkettőt feldarabolnák. A recept ellenére a végcél ugyanaz: tetszőlegesen tetszőleges genom bármely részének precíz szerkesztése.

Ebben az évben a CRISPR egy másik technológiai nagyütővel is összeállt –mesterséges intelligencia– feszegetni a génszerkesztés határait.

A tudósok például mesterséges intelligencia segítségével optimalizálták a meglévő génszerkesztő eszközöket. A gépi tanulás segített előre jelezni a célon kívüli hatásokat a DNS helyett RNS-t célzó CRISPR eszközökben, kiszélesítve az eszköz terápiás hatókörét. És egy AlphaFold alapú algoritmus, amely előrejelzi a fehérje szerkezetét, hazakerült kisebb CRISPR fehérje „szikéken”, amelyek precízebbé teszik a genetikai levágásokat. A lecsökkentett génszerkesztőket is könnyebb csomagolni és eljuttatni a genomi célpontjukhoz.

A mesterséges intelligencia a CRISPR-változatok ismert univerzumát is kiterjesztette. Az egzotikus forrásokból származó genetikai anyagok hatalmas adatbázisainak áttekintése – az Antarktisz partjaitól a kutyanyálig – egy algoritmus felfedezett több száz lehetséges CRISPR-variáns baktériumokban, amelyek ritkák, de stabilak és hatékonyak az emberi genom szerkesztésében.

Az adatbányászat meglepő módon CRISPR-szerű mechanizmusokat is talált az élet másik ága-eukarióták. Ide tartoznak a gombák, algák és állatok, de nem a baktériumok, ahol a CRISPR-t először fedezték fel. Fanzoroknak nevezett rendszerek a CRISPR-hez hasonlóak, csak különböző összetevőkkel. A korai tanulmányok kimutatták, hogy a Fanzorok genetikai információkat tudnak beilleszteni és törölni az emberi sejtekbe a közeli DNS vagy RNS minimális járulékos károsodásával, és könnyen átprogramozhatók meghatározott genomiális helyek megcélzására.

Más szóval: a génszerkesztő eszközök még szélesebb világa vár felfedezésre.

Új klinikai hullám

A CRISPR-alapú terápia mérföldkőnek számító jóváhagyása megteremti a terepet a technológia újabb generációi számára, beleértve az alap- és elsődleges szerkesztést.

A 2016-ban kifejlesztett alapszerkesztés egyetlen DNS-szálat vág be, nem pedig mindkettőt, így sokkal kisebb a valószínűsége, hogy nem szándékos biteket vágjon ki. Azóta a tudósok újratervezték az „ollós” fehérjét a nemkívánatos DNS-károsodás további minimalizálása és az alkatrészek méretének csökkentése, így azok könnyen behatolhatnak a biztonságos vírusokba vagy nanorészecskékbe a sejtekbe.

Ebben az évben az alapszerkesztés a CAR-T terápiával társult – egy olyan kezeléssel, amely felerősíti az ember immunsejtjeit a rák elleni küzdelemben. Itt az ember T-sejtjeit eltávolítják, és úgy alakítják ki, hogy jobban levadászzák a célpontjaikat. Egy ambiciózus próba alapszerkesztést használ az immunsejtekben lévő négy gén felülvizsgálatára, hogy segítsen nekik felkutatni és elpusztítani a tumorsejteket leukémiában.

A terápia hasonló az FDA által jóváhagyott Casgevy-hez a sarlósejtes betegség kezelésére, amelyhez az orvosoknak a testen kívül kell kivonniuk és módosítani a vértermelő őssejteket. A páciens ezután olyan kezelésen esik át, amely eltávolítja a beteg sejteket a csontvelőből, helyet adva a szerkesztett sejteknek. Ezek az őssejtek végül egészséges vörösvértesteket eredményeznek, amelyek növelik az oxigénellátást az egész szervezetben, és enyhítik a tüneteket. Bár az életet megváltoztatja, ez a fajta kezelés hosszú és nehéz. Előfordulhat, hogy a betegeknek legalább egy hónapot kórházban kell tölteniük a terápia megkezdése előtt, ami növeli az amúgy is túlzott kezelési számlát.

Alternatív megoldás az „egy és kész” lövés.

Idén a kis klinikai vizsgálat A veszélyesen magas koleszterinszintre genetikailag hajlamos embereknél az alapszerkesztők egyetlen lövése 55 százalékkal csökkentette az artériák eltömődését okozó zsírt – ami egy életre szóló eredményt jelenthet. Által kifejlesztett Verve Therapeutics, a kísérlet az első, amely az alapszerkesztést alkalmazza embereken egy krónikus betegség esetén.

Ellentétben azokkal a rákterápiákkal, amelyeket nagymértékben egy adott személy biológiájára szabtak, a kezelés készen áll – potenciálisan a technológiát alacsonyabb költségek mellett a tömegekhez is eljuttatja. Tudósok kutatják hasonló terápiák cisztás fibrózis, amely károsítja a tüdőt és az emésztőrendszert.

Eközben a fő szerkesztés a klinikai vizsgálatokhoz is folyamodik. Indítva az 2019-ben, a technológia megdöbbentő precizitása miatt rohamosan vette át a génszerkesztést. Azóta a tudósok optimalizálták a rendszert, hogy tovább növeljék hatékonyságát. Az optimalizálás kifizetődik: Elsődleges gyógyászat, a módszer feltalálójától kivált biotechnológiai cég elsődleges klinikai vizsgálatot indít a krónikus granulomatosus betegség, egy olyan örökletes betegség, amely csökkenti a szervezet fertőzések elleni védekezési képességét.

A génektől az epigenomig

A génszerkesztőként ismert CRISPR a közelmúltban kiterjesztette hatókörét a epigenom– a gének be- vagy kikapcsolását szabályozó mechanizmusok családja. Már látszanak a sikerek. Egy főemlősökön végzett vizsgálatban egy gén leállítása az epigenetikai szerkesztés segítségével csökkenthető a veszélyes koleszterinszint, a hatás csaknem egy évig tartott.

Az epigenome szerkesztésnek megvannak a maga előnyei. Valószínűleg sokkal biztonságosabb, mint a klasszikus CRISPR, mivel nem változtatja meg közvetlenül a genomot. A krónikus fertőzéseket, például a hepatitis B-t vagy a HIV-t is elfojthatja, amelyek még jelentős tünetek nélkül is megbújnak a szervezetben.

Kétségtelen, hogy a CRISPR vad futamot produkált. Mivel több klinikai vizsgálat is folyamatban van, újabb mérföldkőhöz érkezett. Dr. David Liu, a szerkesztés fő feltalálójaként mondta 2019: "Ez inkább a kezdet, mint a vég."

Kép: Sufyan / Unsplash

Időbélyeg:

Még több Singularity Hub