Edycja genów CRISPR miała przełomowy rok – a to dopiero początek

Edycja genów CRISPR miała przełomowy rok – a to dopiero początek

Znacznik czasu: 26 grudnia 2023 10:00
Edycja genów CRISPR miała przełomowy rok — a to dopiero początek PlatoBlockchain Data Intelligence. Wyszukiwanie pionowe. AI.

CRISPR zakończył rok 2023 z hukiem.

In listopad, narzędzie do edycji genów uzyskało pierwszą zgodę kliniczną do leczenia anemii sierpowatokrwinkowej i beta-talasemii w Wielkiej Brytanii. Te bolesne zaburzenia krwi są spowodowane pojedynczą literówką genetyczną, która zniekształca kształt komórek krwi i ogranicza ich zdolność do dostarczania tlenu.

Kilka tygodni później amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków dała zielone światło terapii anemii sierpowatokrwinkowej i do marca przyszłego roku ma wydać orzeczenie w sprawie beta-talasemii. A Europejska Agencja Leków Wkrótce komitet regulacyjny zatwierdził tę terapię, sugerując, że prawdopodobnie będzie ona dostępna w całej Europie. Nawet aprobata zainspirował skecz on Saturday Night Live.

Jest powód do tych wszystkich fanfar. CRISPR-Cas9 odkryto po raz pierwszy jako mechanizm obronny bakterii. W ciągu nieco ponad dziesięciu lat, odkąd po raz pierwszy przetestowano ją na komórkach ludzkich, technologia ta zmieniła oblicze biotechnologii, dając nam precyzyjne narzędzia do edycji planu życia.

Od czasu mapowania ludzkiego genomu naukowcy przewidywali zastąpienie zmutowanych genów zdrowymi, aby leczyć choroby genetyczne. W tym roku projekt CRISPR urzeczywistnił tę wizję. Casgevy, nowo zatwierdzony edytor genów, koryguje błędy genetyczne w komórkach macierzystych izolowanych ze szpiku kostnego pacjentów. Po ponownym wprowadzeniu do organizmu zmodyfikowane komórki macierzyste dają początek zdrowym komórkom krwi, które dostarczają tlen do całego organizmu.

Jednak pomimo swojego wyrafinowania CRISPR ma problemy. Narzędzie przecina obie nici DNA, co może powodować niebezpieczne mutacje, na przykład te, które włączają geny wywołujące raka. Może także przypadkowo wyciąć niepowiązane ze sobą części genomu i wywołać skutki uboczne.

CRISPR to niekwestionowany przełom i warty uwagi Nagroda Nobla. Być może jednak bardziej ekscytujący jest fakt, że jest to narzędzie dopiero pierwszej generacji, które może w dalszym ciągu przekształcać biotechnologię przez nadchodzące dziesięciolecia.

Poszerzenie rodziny

Receptura CRISPR składa się z dwóch głównych składników: białka „nożycowego”, które przecina lub nacina genom, oraz przewodnika RNA „ogara” służącego do przywiązania nożyczek do docelowego genu. Zmienianie receptury skutkuje powstaniem świata narzędzi do edycji genów, z których każde ma swoją własną specjalizację. Niektórzy zamieniają pojedyncze litery genetyczne, inni przecinają jedną nić DNA zamiast obcinać obie. Pomimo przepisu ostateczny cel jest ten sam: precyzyjna edycja dowolnej części dowolnego genomu.

W tym roku CRISPR nawiązał także współpracę z innym specjalistą od zaawansowanych technologii —sztuczna inteligencja—aby przesuwać granice edycji genów.

Na przykład naukowcy wykorzystali sztuczną inteligencję do optymalizacji istniejących narzędzi do edycji genów. Pomogło uczenie maszynowe przewidzieć skutki odbiegające od celu w narzędziach CRISPR ukierunkowanych na RNA zamiast DNA, poszerzając zakres terapeutyczny narzędzia. Oraz algorytm oparty na AlphaFold, który przewiduje strukturę białka, zamieszkały w na mniejszych „skalpelach” białka CRISPR, które sprawiają, że cięcia genetyczne są bardziej precyzyjne. Zmniejszone edytory genów są również łatwiejsze do spakowania i dostarczenia do docelowego genomu.

Sztuczna inteligencja rozszerzyła także znany wszechświat wariantów CRISPR. Algorytm przeglądania ogromnych baz danych materiału genetycznego z egzotycznych źródeł – zebranego od wybrzeży Antarktyki po psią ślinę – odkryty setki potencjalnych wariantów CRISPR u bakterii, które są rzadkie, ale stabilne i skuteczne w edycji ludzkich genomów.

Eksploracja danych również zaskakująco odkryła mechanizmy podobne do CRISPR inna gałąź życia—eukarionty. Należą do nich grzyby, glony i zwierzęta, ale nie bakterie, w przypadku których po raz pierwszy odkryto CRISPR. Systemy te, zwane Fanzorami, są analogiczne do CRISPR, tylko z innymi komponentami. Wczesne badania wykazały, że Fanzory mogą wprowadzać i usuwać informację genetyczną w komórkach ludzkich przy minimalnym uszkodzeniu ubocznym pobliskiego DNA lub RNA i można je łatwo przeprogramować tak, aby celowały w określone miejsca genomu.

Innymi słowy: istnieje jeszcze szerszy świat narzędzi do edycji genów, który czeka na odkrycie.

Nowa fala kliniczna

Przełomowe zatwierdzenie terapii opartej na CRISPR przygotowuje grunt dla nowszych generacji technologii, w tym edycji podstawowej i głównej.

Opracowana w 2016 roku funkcja edycji bazowej nacina pojedynczą nić DNA zamiast przecinać obie, co znacznie zmniejsza prawdopodobieństwo wycięcia niezamierzonych fragmentów. Od tego czasu naukowcy to zrobili przeprojektował białko „nożycowe”. w celu dalszego zminimalizowania niepożądanych uszkodzeń DNA i zmniejszenia rozmiaru elementów, dzięki czemu mogą z łatwością przenieść bezpieczne wirusy lub nanocząsteczki do komórek.

W tym roku edycja podstawowa połączyła siły z terapią CAR-T — metodą leczenia wzmacniającą komórki odpornościowe danej osoby w celu zwalczania nowotworów. Tutaj komórki T danej osoby są usuwane i modyfikowane tak, aby lepiej polować na swoje cele. Jedna ambitna próba wykorzystuje edycję bazową do przeglądu czterech genów w komórkach odpornościowych, aby pomóc im wyszukiwać i niszczyć komórki nowotworowe w białaczce.

Terapia jest podobna do zatwierdzonej przez FDA metody Casgevy stosowanej w leczeniu niedokrwistości sierpowatokrwinkowej, która wymaga od lekarzy ekstrakcji i edycji komórek macierzystych wytwarzających krew poza organizmem. Następnie pacjent poddawany jest zabiegowi polegającemu na usunięciu chorych komórek ze szpiku kostnego, robiąc miejsce dla zmienionych komórek. Z tych komórek macierzystych ostatecznie powstają zdrowe czerwone krwinki, które dostarczają tlen do całego organizmu i łagodzą objawy. Ten rodzaj leczenia, choć zmienia życie, jest długi i trudny. Być może pacjenci będą musieli spędzić co najmniej miesiąc w szpitalu, zanim rozpocznie się terapia, co zwiększa i tak już wygórowany rachunek za leczenie.

Alternatywą jest jednorazowy strzał.

W tym roku w A małe badanie kliniczne w przypadku osób genetycznie podatnych na niebezpiecznie wysoki poziom cholesterolu jednorazowa dawka redaktorów bazowych zmniejszyła zatykającą tętnice tkankę tłuszczową o 55 procent, a rezultaty mogły utrzymać się potencjalnie przez całe życie. Opracowany przez Terapie werwebadanie jest pierwszym, w którym zastosowano edycję bazową u ludzi w przypadku choroby przewlekłej.

W przeciwieństwie do terapii przeciwnowotworowych, które są w dużym stopniu dostosowane do biologii konkretnej osoby, leczenie jest gotowe i potencjalnie umożliwia udostępnienie technologii masom po niższych kosztach. Naukowcy badają podobne terapie dla zwłóknienie torbielowate, co uszkadza płuca i układ trawienny.

Tymczasem główny montażysta również przygotowuje się do badań klinicznych. Uruchomiony w 2019technologia ta szturmem zdobyła edycję genów ze względu na jej uderzającą precyzję. Od tego czasu naukowcy zoptymalizowali system, aby jeszcze bardziej zwiększyć jego wydajność. Optymalizacja się opłaca: Pierwsza medycyna, firma biotechnologiczna wydzielona z twórcy metody, rozpoczyna pierwszorzędne badanie kliniczne dotyczące przewlekłej choroby ziarniniakowej – choroby dziedzicznej, która obniża zdolność organizmu do zapobiegania infekcjom.

Od genów do epigenomu

Znany jako edytor genów, CRISPR niedawno rozszerzył swój zakres na epigenom— rodzina mechanizmów kontrolujących włączanie i wyłączanie genów. Są już przebłyski sukcesu. W jednym badaniu na naczelnych innych niż ludzie wyłączenie genu zastosowanie edycji epigenetycznej pomogło obniżyć niebezpieczny poziom cholesterolu, a efekty utrzymywały się prawie przez rok.

Edycja epigenomu ma swoje zalety. Jest prawdopodobnie znacznie bezpieczniejszy niż klasyczny CRISPR, ponieważ nie zmienia bezpośrednio genomu. Może także zdusić przewlekłe infekcje, takie jak wirusowe zapalenie wątroby typu B lub HIV, które czają się w organizmie nawet bez zauważalnych objawów.

Bez wątpienia CRISPR miał szaloną passę. Biorąc pod uwagę liczne badania kliniczne, czeka nas kolejny przełomowy rok. Jako wynalazca głównego montażu, dr David Liu powiedział w 2019: „To raczej początek niż koniec”.

Kredytowych Image: Sufijan / Unsplash

Znak czasu:

Więcej z Centrum osobliwości