CRISPR のワイルドな最初の XNUMX 年間は、その可能性の表面をかじっただけです

9 年前、あまり知られていない細菌の防御機構が、強力なゲノム エディターとして急上昇しました。 それからの XNUMX 年で、CRISPR-CasXNUMX は複数の亜種を生み出し、生命の遺伝子コードを編集できる包括的なツールボックスへと拡大しました。

象牙の塔の追求から遠く離れて、研究、ヘルスケア、および農業におけるその実用的な使用は、猛烈な速さで行われました.

あなたは見出しを見てきました。 FDA は、その使用を承認しました。 鎌状赤血球症の根底にある遺伝子変異への取り組み. 一部の研究者 免疫細胞を編集して、子供の治療不能な血液がんと闘う. 他の人が取った ブタからヒトへの臓器移植 ドナー臓器の不足を緩和するために、夢から現実へ。 最近の研究では、コレステロール値の高い何百万人もの人々を助け、CRISPR ベースの遺伝子治療を大衆にもたらす可能性を狙っています。 心臓病の可能性を下げる XNUMX回の注射で。

しかし、CRISPR の開発における役割で 2020 年にノーベル賞を受賞した Jennifer Doudna 博士にとって、私たちはその可能性のほんの一部にすぎません。 Doudna は、大学院生の Joy Wang と共に、テクノロジーの次の XNUMX 年間のロードマップを作成しました。 記事で in 科学.

2010 年代が CRISPR ツールボックスの確立とその有効性の証明に重点を置いていた場合、この XNUMX 年間は、テクノロジーが最大限の可能性を発揮する時期です。 CRISPR ベースの治療法や病気の診断のための大規模なスクリーニングから、高収量の作物や栄養価の高い食品のエンジニアリングまで、この技術とその潜在的な影響はまだ初期段階にあると著者らは書いています。

XNUMX 年のハイライト

私たちは CRISPR の進歩に多くのインクをこぼしてきましたが、未来を予測するために過去を再訪し、途中で問題を発見する可能性があります。

初期のハイライトの XNUMX つは、疾患の動物モデルを迅速に設計する CRISPR の驚くべき能力でした。 その元の形態は、非常に初期の胚で標的遺伝子を簡単に切り取ることができ、これを子宮に移植すると、以前の方法では XNUMX 年かかるのに対し、わずか XNUMX か月で遺伝子組み換えマウスを作成できます。 塩基編集 (XNUMX つの遺伝子文字を別の文字に交換) やプライム編集 (両方の鎖を切断せずに DNA を切り取る) などの追加の CRISPR バージョンは、遺伝子改変されたオルガノイドの操作におけるツールキットの柔軟性をさらに高めました (ミニ頭脳を考える）と動物。 CRISPR は、さまざまな癌、アルツハイマー病、デュシェンヌ型筋ジストロフィー (筋肉がゆっくりと消耗していく変性疾患) など、最も壊滅的で複雑な疾患のモデルを急速に確立しました。 現在、数十の CRISPR ベースの試験が行われています。 作品で.

CRISPR はまた、遺伝子スクリーニングをビッグデータ時代に加速させました。 一度に XNUMX つの遺伝子をターゲットにするのではなく、数千の遺伝子を並行してサイレンシングまたは活性化することが可能になり、遺伝子摂動を生物学的変化に変換するための一種のロゼッタ ストーンを形成します。 これは、これまで知らなかった癌や老化などの遺伝的相互作用を理解し、医薬品開発のための新しい弾薬を得るために特に重要です。

しかし、CRISPR の最高の成果は、多重編集でした。 複数のピアノの鍵盤を同時に叩くように、この種の遺伝子工学は複数の特定の DNA 領域を標的とし、ゲノムの遺伝子構造を一度に急速に変化させます。

この技術は植物や動物で機能します。 何百年もの間、人々は、色、サイズ、味、栄養、病気への耐性など、望ましい特徴を備えた作物を丹念に育ててきました。 CRISPR は、複数の形質を選択したり、わずか XNUMX 世代で新しい作物を栽培したりするのに役立ちます。 CRISPR で生成された角のない雄牛, 栄養豊富なトマト、および超筋肉質の家畜 そして魚 はすでに現実です。 世界の人口と 8 年には 2022 億人に達する & 何百万もの人々が飢えに苦しんでいます、CRISPRed 作物はライフラインを貸す可能性があります。

先への道

我々はここからどこに行くのですか？

著者にとっては、CRISPR の有効性をさらに高め、信頼を築く必要があります。 これは、基本に戻ってツールの編集精度と精度を高めることを意味します。 ここでは、CRISPR 機構の「ハサミ」コンポーネントである Cas 酵素を急速に進化させるためのプラットフォームが重要です。

すでに成功しています: XNUMX つの Cas バージョン、 例えばは、ターゲット コンポーネントである sgRNA「ブラッドハウンド」のガードレールとして機能します。 従来の CRISPR では、sgRNA は単独で機能しますが、この更新されたバージョンでは、Cas の支援なしでは結合に苦労しています。 このトリックは、編集を特定の DNA サイトに合わせて調整するのに役立ち、カットが予測どおりに機能するように精度を高めます。

同様の戦略は、より少ない副作用で精度を高めたり、もはや分裂していないニューロンなどの細胞に新しい遺伝子を挿入したりすることもできます。 プライム編集ですでに可能ですが、その効率は 30倍低い 従来の CRISPR メカニズムよりも優れています。

「次の XNUMX 年間のプライム編集の主な目標は、編集製品の純度を損なうことなく効率を改善することです。これは、プライム編集を精密編集のための最も用途の広いツールの XNUMX つに変える可能性を秘めた結果です」と著者は述べています。

しかし、おそらくより重要なのは送達であり、これは特に治療法にとって依然としてボトルネックとなっています. 現在、CRISPR は一般に、CAR-T の場合のように体外の細胞に注入されるか、場合によってはウイルス担体につながれたり、脂肪の泡にカプセル化されて体内に注入されたりするために使用されます。 成功がありました： in 2021、FDAが承認した 最初の CRISPR ベースのショット 遺伝性血液疾患であるトランスサイレチンアミロイドーシスに取り組みました。

しかし、どちらの戦略にも問題があります。多くの種類の細胞が CAR-T 治療を生き残ることができず、体内に再導入されると死滅します。また、特定の組織や器官を標的とすることは、注射による治療ではほとんど手が届かないままです。

著者らによると、次の XNUMX 年間の重要な進歩は、CRISPR カーゴを標的組織に害を与えることなく送り込み、意図した場所に遺伝子エディターを放出することです。 これらの各ステップは、紙の上では単純に見えますが、克服するにはバイオエンジニアリングとイノベーションの両方を必要とする独自の一連の課題を提示します。

最後に、CRISPR は他の技術的進歩と相乗効果をもたらすことができる、と著者らは述べています。 たとえば、細胞イメージングと機械学習を活用することで、さらに効率的なゲノム編集者をすぐに設計できるようになります。 おかげで より高速で安価な DNA シーケンシング、その後、遺伝子編集の結果を簡単に監視できます。 これらのデータは、一種のフィードバック メカニズムを提供し、好循環でさらに強力なゲノム エディターを設計することができます。

実世界への影響

CRISPR ツールボックスをさらに拡張することが議題になっていますが、この技術は十分に成熟しており、XNUMX 年後には現実の世界に影響を与えることができると著者らは述べています。

近い将来、「臨床試験の後期段階に移行する CRISPR ベースの治療法の増加」が見られるはずです。 さらに先を見据えると、この技術またはその変種により、ブタからヒトへの臓器異種移植が実験的ではなく、日常的なものになる可能性があります。 老化や脳や心臓の変性疾患につながる遺伝子の大規模なスクリーニングは、今日の私たちの最大の死因であり、予防的な CRISPR ベースの治療法を生み出す可能性があります。 簡単な作業ではありません。多面的な遺伝病の根底にある遺伝学に関する知識 (つまり、複数の遺伝子が関与する場合) と、編集ツールをターゲットに届ける方法の両方が必要です。 「しかし、潜在的な利益は、今日可能なことをはるかに超えて、これらの分野でのイノベーションを促進する可能性があります」と著者は述べています。

しかし、より大きな力にはより大きな責任が伴います。 CRISPR は猛烈なスピードで進歩しており、規制当局と一般の人々はまだ追いつくのに苦労しています。 おそらく最も悪名高い例は、 CRISPRの赤ちゃん、世界的な倫理ガイドラインに反して実施された実験 推進 ヒト生殖細胞の編集に一線を画す国際コンソーシアム。

同様に、遺伝子組み換え生物 (GMO) は依然として物議を醸すトピックです。 CRISPR は以前の遺伝的ツールよりもはるかに正確ですが、歓迎するかどうかを決定するのは消費者次第です。 人類が進化した新世代の食品—植物と動物の両方。

これらは グローバルな議論を必要とする重要な会話 CRISPR が XNUMX 年目に突入します。 しかし、著者にとって、未来は明るいように見えます。

「CRISPR ゲノム編集の出現と同じように、科学的好奇心と社会に利益をもたらしたいという願望の組み合わせが、CRISPR 技術の次の XNUMX 年間の革新を推進するでしょう。」 「自然界を探求し続けることで、私たちは想像を絶するものを発見し、それを地球のために現実世界で利用できるようになるでしょう。」

画像のクレジット： NIHの

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• 情報源： https://singularityhub.com/2023/01/25/crisprs-wild-first-decade-only-scratches-the-surface-of-its-potential/