Editarea genelor CRISPR a avut un an revoluționar – și este abia la început

Editarea genelor CRISPR a avut un an revoluționar – și este abia la început

Marca temporală: 26 decembrie 2023, ora 10:00
Editarea genelor CRISPR a avut un an revoluționar – și este doar începutul PlatoBlockchain Data Intelligence. Căutare verticală. Ai.

CRISPR a încheiat 2023 cu explozie.

In noiembrie, instrumentul de editare a genelor a obținut prima aprobare clinică pentru tratarea anemiei falciforme și a beta-talasemiei în Regatul Unit. Aceste tulburări dureroase ale sângelui sunt cauzate de o singură greșeală genetică care distorsionează forma celulelor sanguine și limitează capacitatea acestora de a furniza oxigen.

Câteva săptămâni mai târziu, Administrația pentru Alimente și Medicamente din SUA a dat undă verde terapiei pentru celulele falciforme și urmează să se pronunțe asupra beta-talasemiei până în martie a anului viitor. A Agenția Europeană pentru Medicamente comitetul de reglementare a urmat în curând cu o aprobare pentru terapie, sugerând că va fi probabil disponibilă în toată Europa. Aprobarea chiar a inspirat o scenetă on Saturday Night Live.

Există un motiv pentru toată fanfara. CRISPR-Cas9 a fost descoperit pentru prima dată ca un mecanism de apărare bacteriană. În puțin peste un deceniu de când a fost testată pentru prima dată pe celule umane, tehnologia a transformat fața biotehnologiei, oferindu-ne instrumente de precizie pentru a edita modelul vieții.

Încă de la cartografierea genomului uman, oamenii de știință au imaginat înlocuirea genelor mutante cu unele sănătoase pentru a vindeca bolile genetice. Anul acesta, CRISPR a realizat această viziune. Casgevy, noul editor de gene aprobat, corectează greșelile genetice din celulele stem izolate din măduva osoasă a pacienților. Când sunt infuzate înapoi în organism, celulele stem editate dau naștere la celule sanguine sănătoase care furnizează oxigen în întregul corp.

Dar, în ciuda complexității sale, CRISPR are probleme. Instrumentul taie ambele fire de ADN, care ar putea provoca mutații periculoase, cum ar fi cele care activează genele care declanșează cancerul. De asemenea, ar putea tăia din greșeală părți neînrudite ale genomului și declanșează efecte secundare.

CRISPR este o descoperire incontestabilă și merită a fi Premiul Nobel. Dar poate mai interesant este faptul că este doar un instrument de primă generație, cu potențialul de a continua remodelarea biotehnologiei pentru deceniile următoare.

Extinderea familiei

Rețeta CRISPR are două ingrediente principale: o proteină „foarfecă” care taie sau ciocănește genomul și un ghid de ARN „sânge” pentru a lega foarfecele de gena țintă. Varierea rețetei are ca rezultat o lume de instrumente de editare genetică, fiecare cu propria sa specialitate. Unii schimbă litere genetice unice, alții tăind un fir de ADN în loc să le taie pe amândouă. În ciuda rețetei, scopul final este același: editarea precisă a oricărui genom după bunul plac.

Anul acesta, CRISPR a făcut echipă, de asemenea, cu un alt lovitor al tehnologiei—inteligență artificială— pentru a depăși limitele editării genelor.

De exemplu, oamenii de știință au folosit AI pentru a optimiza instrumentele existente de editare a genelor. Învățarea automată a ajutat prezice efecte în afara țintei în instrumentele CRISPR care vizează ARN, în loc de ADN, lărgind domeniul terapeutic al instrumentului. Și un algoritm bazat pe AlphaFold, care prezice structura proteinelor, adăpostit în pe „bisturii” mai mici de proteine ​​CRISPR care fac tăieturile genetice mai precise. Editorii de gene reduse sunt, de asemenea, mai ușor de împachetat și livrat la ținta lor genomică.

AI a extins, de asemenea, universul cunoscut al variantelor CRISPR. Căutând bazele de date masive de material genetic din surse exotice - colectate de pe țărmurile Antarctice până la saliva câinelui - un algoritm a descoperit sute de variante potențiale CRISPR în bacterii care sunt rare, dar stabile și eficiente pentru editarea genomului uman.

Miningul de date a găsit, în mod surprinzător, mecanisme asemănătoare CRISPR o altă ramură a vieții- eucariote. Acestea includ ciuperci, alge și animale, dar nu și bacterii, unde CRISPR a fost descoperit pentru prima dată. Denumite Fanzors, aceste sisteme sunt analoge cu CRISPR, doar cu componente diferite. Studiile timpurii au descoperit că Fanzors pot introduce și șterge informații genetice în celulele umane cu daune colaterale minime ale ADN-ului sau ARN-ului din apropiere și pot fi reprogramate cu ușurință pentru a ținti anumite site-uri genomice.

Cu alte cuvinte: există o lume și mai largă a instrumentelor de editare genetică care așteaptă să fie explorată.

Un nou val clinic

Aprobarea de referință pentru o terapie bazată pe CRISPR pregătește scena pentru noile generații ale tehnologiei, inclusiv editarea de bază și primară.

Dezvoltată în 2016, editarea de bază decupează o singură catenă de ADN în loc să le taie pe amândouă, ceea ce face mult mai puțin probabil să tăieze bucăți neintenționați. De atunci, oamenii de știință au a reproiectat proteina „foarfecă”. pentru a minimiza și mai mult daunele nedorite ale ADN-ului și a redus dimensiunea componentelor, astfel încât acestea să poată ajunge cu ușurință la viruși sau nanoparticule sigure în celule.

Anul acesta, editarea de bază a făcut echipă cu terapia CAR-T - un tratament care amplifică celulele imunitare ale unei persoane pentru a lupta împotriva cancerului. Aici, celulele T ale unei persoane sunt îndepărtate și proiectate pentru a-și vâna mai bine țintele. Un proces ambițios folosește editarea de bază pentru a revizui patru gene din celulele imune pentru a le ajuta să caute și să distrugă celulele tumorale în leucemie.

Terapia este similară cu Casgevy aprobat de FDA pentru boala cu celule seceră, care necesită extragerea și editarea celulelor stem producătoare de sânge din afara corpului de către medici. Pacientul urmează apoi un tratament care curăță celulele bolnave din măduva osoasă, făcând loc celulelor editate. Aceste celule stem dau în cele din urmă naștere la globule roșii sănătoase care măresc oxigenul în întregul corp și ameliorează simptomele. Deși schimbă viața, acest tip de tratament este lung și dificil. Pacienții ar putea avea nevoie să petreacă cel puțin o lună într-un spital înainte de începerea terapiei, ceea ce se adaugă la o factură deja exorbitantă pentru tratament.

O alternativă este o lovitură „unică și gata”.

Anul acesta, într-o mic studiu clinic cu persoanele predispuse genetic la niveluri periculos de ridicate de colesterol, o singură doză de editori de bază a redus grăsimea care blochează arterele cu 55 la sută - cu rezultate care pot dura toată viața. Dezvoltat de Verve Therapeutics, studiul este primul care folosește editarea de bază la oameni pentru o boală cronică.

Spre deosebire de terapiile pentru cancer care sunt foarte adaptate la biologia unei anumite persoane, tratamentul este disponibil la raft - potențial aducând tehnologia maselor la costuri mai mici. Oamenii de știință explorează terapii similare pentru fibroză chistică, care dăunează plămânilor și sistemului digestiv.

Între timp, editarea primară este, de asemenea, în căutarea unor studii clinice. Lansat în 2019, tehnologia a luat cu asalt editarea genelor pentru precizia sa izbitoare. De atunci, oamenii de știință au optimizat sistemul pentru a-i spori și mai mult eficiența. Optimizarea dă roade: Medicina primara, o companie de biotehnologie desprinsă de inventatorul metodei, lansează un studiu clinic de primă editare pentru boala cronică granulomatoasă, o tulburare moștenită care scade capacitatea organismului de a evita infecțiile.

De la gene la epigenom

Cunoscut ca editor de gene, CRISPR și-a extins recent domeniul de aplicare la epigenom- o familie de mecanisme care controlează când genele sunt pornite sau oprite. Există deja viziuni de succes. Într-un studiu pe primate non-umane, închiderea unei gene utilizarea editării epigenetice a ajutat la scăderea nivelurilor periculoase de colesterol, cu efecte care durează aproape un an.

Editarea epigenomului are avantajele sale. Este probabil mult mai sigur decât CRISPR clasic, deoarece nu schimbă direct genomul. De asemenea, ar putea înlătura infecțiile cronice, cum ar fi hepatita B sau HIV, care pândesc în interiorul corpului chiar și fără simptome notabile.

Fără îndoială, CRISPR a avut o cursă sălbatică. Cu mai multe studii clinice în lucru, este programat pentru un alt an de hotar. În calitate de inventator principal al editării, Dr. David Liu a spus în 2019: „Acesta este mai degrabă începutul decât sfârșitul.”

Credit imagine: Sufyan / Unsplash

Timestamp-ul:

Mai mult de la Singularity Hub