A CRISPR vad első évtizede csak megkarcolja lehetőségeit

Tíz évvel ezelőtt egy kevéssé ismert bakteriális védekező mechanizmus hatalmas genomszerkesztőként az egekbe szökött. Az azóta eltelt évtizedben a CRISPR-Cas9 több változatot bontott ki, és egy átfogó eszköztárrá bővült, amely képes szerkeszteni az élet genetikai kódját.

Korántsem egy elefántcsonttorony törekvés, gyakorlati felhasználása a kutatásban, az egészségügyben és a mezőgazdaságban gyors és dühös volt.

Láttad a főcímeket. Az FDA jóváhagyta a használatát a sarlósejtes betegség hátterében álló genetikai mutáció kezelése. Néhány kutató szerkesztette az immunsejteket a gyermekek kezelhetetlen vérrákja elleni küzdelemben. Mások vették sertésből emberbe történő szervátültetések álomból a valóságba, ezzel próbálva enyhíteni a donorszervhiányt. A közelmúltban végzett munkák célja, hogy magas koleszterinszintű emberek millióinak segítsenek – és potenciálisan a CRISPR-alapú génterápiát a tömegekhez hozzák – csökkenti a szívbetegségek esélyét egyetlen injekcióval.

De Dr. Jennifer Doudnának, aki 2020-ban Nobel-díjat kapott a CRISPR fejlesztésében nyújtott szerepéért, mi csak megkaparjuk a benne rejlő lehetőségeket. Doudna Joy Wang végzős hallgatóval közösen elkészítette a technológia következő évtizedének ütemtervét. egy cikkben in Tudomány.

Ha a 2010-es évek a CRISPR eszköztár létrehozására és hatékonyságának bizonyítására összpontosítottak, ebben az évtizedben a technológia eléri teljes potenciálját. A CRISPR-alapú terápiáktól és a betegségek diagnosztizálására szolgáló nagyszabású szűrésektől a magas hozamú növények és tápláló élelmiszerek tervezéséig a technológia „és lehetséges hatásai még korai szakaszában vannak” – írták a szerzők.

A kiemelt események évtizede

Rengeteg tintát öntöttünk ki a CRISPR fejlesztésére, de érdemes újra felkeresni a múltat, hogy megjósolhassuk a jövőt – és esetleg felderítsük a problémákat az út során.

Az egyik korai fénypont a CRISPR hihetetlen képessége volt a betegségek állatmodelljei gyors tervezésére. Eredeti formája egy nagyon korai embrióban könnyen kivágja a megcélzott gént, amely az anyaméhbe ültetve mindössze egy hónap alatt képes genetikailag módosított egereket létrehozni, szemben a korábbi módszerekkel egy év alatt. A további CRISPR-verziók, mint például az alapszerkesztés – az egyik genetikai betű felcserélése egy másikra – és az elsődleges szerkesztés – amely mindkét szál elvágása nélkül vágja le a DNS-t – tovább növelte az eszköztár rugalmasságát a genetikailag módosított organoidok tervezésében (gondolj miniagyra) és állatok. A CRISPR gyorsan több tucat modellt hozott létre a legpusztítóbb és legzavarbaejtőbb betegségeinkre, köztük a különféle rákos megbetegedésekre, az Alzheimer-kórra és a Duchenne-féle izomdisztrófiára – egy olyan degeneratív rendellenességre, amelyben az izom lassan elsorvad. Jelenleg több tucat CRISPR-alapú kísérlet létezik a művekben.

A CRISPR a genetikai szűrést is felgyorsította a big data korszakára. Ahelyett, hogy egy-egy gént céloznánk meg, most már több ezer gént lehet párhuzamosan elhallgattatni vagy aktiválni, egyfajta Rosetta-kővé formálva a genetikai perturbációkat biológiai változásokká. Ez különösen fontos a genetikai kölcsönhatások megértéséhez, például a rákos megbetegedések vagy az öregedés esetén, amelyekről korábban nem volt tudomásunk, és hogy új muníciót nyerjünk a gyógyszerfejlesztéshez.

De a CRISPR megkoronázása a multiplex szerkesztés volt. Akárcsak a több zongorabillentyű egyidejű megérintése, az ilyen típusú génsebészet több specifikus DNS-területet céloz meg, és egy mozdulattal gyorsan megváltoztatja a genom genetikai felépítését.

A technológia növényeken és állatokon működik. Eonok óta az emberek gondosan tenyésztettek olyan növényeket, amelyek kívánatos tulajdonságokkal rendelkeznek – legyen szó színről, méretről, ízről, táplálkozásról vagy betegségekkel szembeni ellenálló képességről. A CRISPR segíthet több tulajdonság kiválasztásában, vagy akár új növények háziasításában egyetlen generáció alatt. CRISPR által generált szarv nélküli bikák, tápanyagban gazdag paradicsom, és hiperizom haszonállatok és hal már valóságok. A világ lakosságával 8-ben eléri a 2022 milliárdot és a milliók szenvednek éhezéstől, a CRISPRed-termények mentőövet kölcsönözhetnek – vagyis ha az emberek hajlandóak elfogadni a technológiát.

Az utat előre

Hová megyünk innen?

A szerzők szerint tovább kell növelnünk a CRISPR hatékonyságát és bizalmat kell építenünk. Ez azt jelenti, hogy vissza kell térni az alapokhoz, hogy növelje az eszköz szerkesztési pontosságát és pontosságát. Itt kritikus fontosságúak a Cas enzimek, a CRISPR gépezet „ollós” komponensének gyors fejlesztésére szolgáló platformok.

Voltak már sikerek: egy Cas-verzió, például, védőkorlátként működik a célzó komponens – az sgRNS „vérkutya” – számára. A klasszikus CRISPR-ben az sgRNS egyedül működik, de ebben a frissített verzióban nehezen tud kötődni Cas segítsége nélkül. Ez a trükk segít a szerkesztést egy adott DNS-helyhez igazítani, és növeli a pontosságot, így a vágás az előre jelzett módon működik.

Hasonló stratégiák a pontosságot is növelhetik kevesebb mellékhatással, vagy új géneket építhetnek be olyan sejtekbe, mint például a neuronok és mások, amelyek már nem osztódnak. Bár az elsődleges szerkesztéssel már lehetséges, a hatékonysága az lehet 30-szor alacsonyabb mint a klasszikus CRISPR mechanizmusok.

„A következő évtizedben az elsődleges szerkesztés fő célja a hatékonyság növelése a szerkesztési termék tisztaságának veszélyeztetése nélkül – ez az eredmény, amely potenciálisan az elsődleges szerkesztést a precíziós szerkesztés egyik legsokoldalúbb eszközévé teheti” – mondták a szerzők.

De talán ennél is fontosabb a szállítás, amely továbbra is szűk keresztmetszetet jelent, különösen a terápiában. Jelenleg a CRISPR-t általában a testen kívüli sejteken alkalmazzák, amelyeket visszainfundálnak – például a CAR-T esetében –, vagy bizonyos esetekben vírushordozóhoz kötik, vagy zsírbuborékokba kapszulázzák, és befecskendezik a szervezetbe. Voltak sikerek: 2021-ben, az FDA jóváhagyta a az első CRISPR-alapú felvétel egy genetikai vérbetegség, a transztiretin amiloidózis leküzdésére.

Mindazonáltal mindkét stratégia problémás: nem sok sejttípus éli túl a CAR-T kezelést – a szervezetbe való visszajuttatáskor elpusztul –, és az adott szövetek és szervek megcélzása többnyire elérhetetlen marad az injekciós terápiák számára.

A szerzők szerint a következő évtized kulcsfontosságú előrelépése az, hogy a CRISPR rakományt károsodás nélkül a megcélzott szövetbe szállítják, és a génszerkesztőt a tervezett helyen szabadítják fel. E lépések mindegyike, bár papíron egyszerűnek tűnik, saját kihívásokat jelent, amelyek leküzdéséhez biomérnöki technikára és innovációra lesz szükség.

Végül a CRISPR szinergiát tud teremteni más technológiai fejlesztésekkel, mondták a szerzők. Például a sejtképalkotás és a gépi tanulás segítségével hamarosan még hatékonyabb genomszerkesztőket tervezhetünk. Köszönet gyorsabb és olcsóbb DNS-szekvenálás, akkor könnyen nyomon követhetjük a génszerkesztés következményeit. Ezek az adatok aztán egyfajta visszacsatolási mechanizmust biztosíthatnak, amellyel még erősebb genomszerkesztőket lehet létrehozni egy virtuális ciklusban.

Valós hatás

Bár a CRISPR eszköztár további bővítése napirenden van, a technológia kellően kiforrott ahhoz, hogy a második évtizedben hatással legyen a való világra, mondták a szerzők.

A közeljövőben „a CRISPR-alapú kezelések számának növekedése a klinikai vizsgálatok későbbi szakaszaiba kerül majd”. Ha távolabbra tekintünk, a technológia vagy annak változatai inkább rutinszerűvé tehetik a sertésről emberre történő xenotranszplantációt, nem pedig kísérleti jellegűvé. Az öregedéshez vagy degeneratív agy- vagy szívbetegségekhez vezető gének nagyszabású szűrése – napjaink legnagyobb gyilkosai – profilaktikus CRISPR-alapú kezeléseket eredményezhetnek. Ez nem könnyű feladat: szükségünk van egyrészt a sokrétű genetikai betegségek hátterében álló genetika ismeretére – vagyis amikor több gén kerül játékba –, másrészt egy módra, amellyel a szerkesztőeszközöket célba juttathatjuk. „A lehetséges előnyök azonban a ma lehetségesnél jóval meghaladó innovációt hajthatnak végre ezeken a területeken” – mondták a szerzők.

A nagyobb hatalom azonban nagyobb felelősséggel jár. A CRISPR rohamos gyorsasággal fejlődött, a szabályozó ügynökségek és a közvélemény pedig még mindig küzd a felzárkózásért. Talán a leghírhedtebb példa az volt, hogy a CRISPR babák, ahol a kísérleteket a globális etikai irányelvek ellenében végezték meghajtva nemzetközi konzorcium az emberi csírasejtek szerkesztésének határvonalának megállapítására.

Hasonlóképpen, a genetikailag módosított szervezetek (GMO-k) továbbra is vitatott téma. Bár a CRISPR sokkal pontosabb, mint a korábbi genetikai eszközök, a fogyasztók dönthetik el, hogy szívesen fogadják-e az ember által kifejlesztett élelmiszerek új generációja- növényi és állati egyaránt.

Ezek fontos beszélgetések, amelyek globális diskurzust igényelnek ahogy a CRISPR a második évtizedébe lép. De a szerzők számára a jövő fényesnek tűnik.

„Akárcsak a CRISPR genomszerkesztésének megjelenése idején, a tudományos kíváncsiság és a társadalom javára való törekvés kombinációja hajtja majd a következő évtizedet a CRISPR technológia innovációjában” – mondták. "Ha folytatjuk a természeti világ felfedezését, felfedezzük azt, amit elképzelni sem tudunk, és a valós világban felhasználjuk a bolygó javára."

Kép: NIH

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://singularityhub.com/2023/01/25/crisprs-wild-first-decade-only-scratches-the-surface-of-its-potential/