CRISPR-jevo divje prvo desetletje le opraska površino njegovega potenciala

Pred desetimi leti je malo znani bakterijski obrambni mehanizem poskočil do slave kot močan urejevalnik genoma. V desetletju po tem je CRISPR-Cas9 razvil več različic in se razširil v celovito orodje, ki lahko ureja genetsko kodo življenja.

Daleč od zasledovanja slonokoščenega stolpa, je njegova praktična uporaba v raziskavah, zdravstvu in kmetijstvu prišla hitro in divje.

Videli ste naslove. FDA je odobrila njegovo uporabo v boj proti osnovni genetski mutaciji za anemijo srpastih celic. Nekateri raziskovalci uredil imunske celice za boj proti neozdravljivim krvnim rakom pri otrocih. Drugi so vzeli presaditve organov s prašiča na človeka iz sanj v resničnost, da bi zmanjšali pomanjkanje organov darovalcev. Cilj nedavnega dela je pomagati milijonom ljudi z visokim holesterolom – in potencialno množicam prinesti gensko terapijo, ki temelji na CRISPR. zmanjšajo možnosti za bolezni srca z eno samo injekcijo.

Toda dr. Jennifer Doudna, ki je leta 2020 prejela Nobelovo nagrado za svojo vlogo pri razvoju CRISPR, le praskamo po površini njegovega potenciala. Skupaj s podiplomsko študentko Joy Wang je Doudna postavil načrt za naslednje desetletje tehnologije v članku in Znanost.

Če so bila leta 2010 osredotočena na vzpostavitev zbirke orodij CRISPR in dokazovanje njene učinkovitosti, je v tem desetletju tehnologija dosegla svoj polni potencial. Od terapij, ki temeljijo na CRISPR, in obsežnih zaslonov za diagnostiko bolezni do inženiringa pridelkov z visokim donosom in hranljivih živil sta tehnologija "in njen potencialni vpliv še vedno v zgodnjih fazah", so zapisali avtorji.

Desetletje vrhuncev

O napredku CRISPR smo prelili veliko črnila, vendar se splača ponovno pregledati preteklost, da bi napovedali prihodnost – in potencialno odkrili težave na poti.

Eden od zgodnjih vrhuncev je bila neverjetna sposobnost CRISPR za hitro ustvarjanje živalskih modelov bolezni. Njegova prvotna oblika zlahka izreže ciljni gen v zelo zgodnjem zarodku, ki lahko po presaditvi v maternico ustvari gensko spremenjene miši v samo enem mesecu, v primerjavi z letom dni pri prejšnjih metodah. Dodatne različice CRISPR, kot je osnovno urejanje – zamenjava ene genetske črke za drugo – in glavno urejanje – ki izreže DNK, ne da bi prerezali obe verigi – so dodatno povečale prilagodljivost kompleta orodij pri inženiringu gensko spremenjenih organoidov (pomislite na mini možgane) in živali. CRISPR je hitro vzpostavil na desetine modelov za nekatere izmed naših najbolj uničujočih in zapletenih bolezni, vključno z različnimi vrstami raka, Alzheimerjevo boleznijo in Duchennovo mišično distrofijo – degenerativno motnjo, pri kateri mišice počasi propadajo. Na voljo je na desetine poskusov, ki temeljijo na CRISPR v delih.

CRISPR je tudi pospešil genetsko presejanje v dobi velikih podatkov. Namesto da bi ciljali na en gen naenkrat, je zdaj mogoče vzporedno utišati ali aktivirati na tisoče genov in tako oblikovati nekakšen Rosettin kamen za prevajanje genetskih motenj v biološke spremembe. To je še posebej pomembno za razumevanje genetskih interakcij, kot so tiste pri raku ali staranju, ki jih prej nismo poznali, in pridobivanje novega streliva za razvoj zdravil.

Toda kronski dosežek za CRISPR je bilo multipleksno urejanje. Tako kot hkratno tapkanje po več klavirskih tipkah tudi ta vrsta genskega inženiringa cilja na več specifičnih področij DNK in naenkrat hitro spremeni genetsko sestavo genoma.

Tehnologija deluje pri rastlinah in živalih. Že več eonov so ljudje skrbno vzgajali pridelke z zaželenimi lastnostmi – naj bo to barva, velikost, okus, hranilna vrednost ali odpornost na bolezni. CRISPR lahko pomaga izbrati več lastnosti ali celo udomačiti nove pridelke v samo eni generaciji. Brezrogi biki, ustvarjeni s CRISPR, s hranili bogat paradižnikin hipermišičaste domače živali in ribe so že realnost. S svetovnim prebivalstvom leta 8 dosegli 2022 milijard in milijone ljudi, ki trpijo zaradi lakote, lahko pridelki CRISPRed predstavljajo rešilno bilko – to je, če so ljudje pripravljeni sprejeti tehnologijo.

Pot naprej

Kam gremo od tu?

Avtorji menijo, da moramo še povečati učinkovitost CRISPR in zgraditi zaupanje. To pomeni vrnitev k osnovam, da povečate točnost in natančnost urejanja orodja. Tu so kritične platforme za hiter razvoj encimov Cas, "škarjaste" komponente strojev CRISPR.

Uspehi so že bili: ena različica Cas, na primer, deluje kot zaščitna ograja za ciljno komponento – sgRNA »krvosledec«. V klasičnem CRISPR sgRNA deluje sama, v tej posodobljeni različici pa se težko veže brez pomoči Cas. Ta trik pomaga prilagoditi urejanje določenemu mestu DNK in poveča natančnost, tako da izrez deluje, kot je predvideno.

Podobne strategije lahko tudi povečajo natančnost z manj neželenimi učinki ali vstavijo nove gene v celice, kot so nevroni in drugi, ki se ne delijo več. Medtem ko je že možno s prvim urejanjem, je njegova učinkovitost lahko 30-krat nižje kot klasični mehanizmi CRISPR.

"Glavni cilj primarnega urejanja v naslednjem desetletju je izboljšanje učinkovitosti brez ogrožanja čistosti izdelka za urejanje – rezultat, ki ima potencial spremeniti prvotno urejanje v eno najbolj vsestranskih orodij za natančno urejanje," so povedali avtorji.

Morda pa je pomembnejši porod, ki ostaja ozko grlo zlasti za terapevtike. Trenutno se CRISPR običajno uporablja na celicah zunaj telesa, ki se vbrizgajo nazaj – kot v primeru CAR-T – ali v nekaterih primerih privežejo na virusni nosilec ali inkapsulirajo v maščobne mehurčke in vbrizgajo v telo. Uspehi so bili: v 2021, je FDA odobrila prvi posnetek na osnovi CRISPR da bi se lotili genetske bolezni krvi, transtiretinske amiloidoze.

Vendar sta obe strategiji problematični: zdravljenje s CAR-T ne more preživeti veliko vrst celic – umrejo ob ponovnem vnosu v telo – in ciljanje na specifična tkiva in organe ostaja večinoma nedosegljivo za terapije z injekcijami.

Ključni napredek v naslednjem desetletju je, pravijo avtorji, prenos tovora CRISPR v ciljno tkivo brez škode in sprostitev urejevalnika genov na predvideno mesto. Vsak od teh korakov, čeprav se zdi preprost na papirju, predstavlja svoj nabor izzivov, za premagovanje katerih bosta potrebna bioinženiring in inovacije.

Končno lahko CRISPR deluje v sinergiji z drugimi tehnološkimi dosežki, so povedali avtorji. Na primer, z uporabo slikanja celic in strojnega učenja bi lahko kmalu izdelali še učinkovitejše urejevalnike genoma. Zahvale gredo hitrejše in cenejše sekvenciranje DNK, lahko nato enostavno spremljamo posledice urejanja genov. Ti podatki lahko nato zagotovijo nekakšen povratni mehanizem, s katerim lahko v učinkoviti zanki izdelamo še zmogljivejše urejevalnike genoma.

Vpliv v resničnem svetu

Čeprav je na dnevnem redu nadaljnja širitev zbirke orodij CRISPR, je tehnologija dovolj zrela, da bo vplivala na realni svet v svojem drugem desetletju, so povedali avtorji.

V bližnji prihodnosti bi morali videti "povečano število zdravljenj, ki temeljijo na CRISPR, ki se premikajo v poznejše faze kliničnih preskušanj." Če pogledamo naprej, bi tehnologija ali njene različice lahko naredile ksenotransplantacijo organov s prašiča na človeka rutinsko in ne eksperimentalno. Obsežni pregledi genov, ki vodijo v staranje ali degenerativne možganske ali srčne bolezni – naše največje morilce danes – bi lahko prinesli profilaktično zdravljenje, ki temelji na CRISPR. To ni lahka naloga: potrebujemo znanje o genetiki, ki je podlaga za večplastne genetske bolezni – to je, ko pride v poštev več genov – in način, kako orodja za urejanje dostaviti njihovemu cilju. "Toda potencialne koristi lahko spodbujajo inovacije na teh področjih daleč od tistega, kar je danes mogoče," so povedali avtorji.

Vendar z večjo močjo prihaja večja odgovornost. CRISPR je napredoval z vrtoglavo hitrostjo, regulativne agencije in javnost pa se še vedno trudijo dohiteti. Morda najbolj razvpit primer je bil tisti Dojenčki CRISPR, kjer so bili poskusi izvedeni v nasprotju z globalnimi etičnimi smernicami poganja mednarodni konzorcij za določitev rdeče črte za urejanje človeških zarodnih celic.

Podobno ostajajo gensko spremenjeni organizmi (GSO) kontroverzna tema. Čeprav je CRISPR veliko bolj natančen od prejšnjih genetskih orodij, se bodo potrošniki sami odločili, ali bodo sprejeli nova generacija živil, ki jih je razvil človek- rastlinske in živalske.

to so pomembni pogovori, ki potrebujejo globalni diskurz ko CRISPR vstopa v drugo desetletje. Toda avtorjem se zdi prihodnost svetla.

"Tako kot med pojavom urejanja genoma CRISPR bo kombinacija znanstvene radovednosti in želje po koristi družbi vodila naslednje desetletje inovacij v tehnologiji CRISPR," so povedali. "Z nadaljnjim raziskovanjem naravnega sveta bomo odkrili tisto, česar si ni mogoče predstavljati, in to uporabili v resničnem svetu v korist planeta."

Kreditno slike: NIH

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://singularityhub.com/2023/01/25/crisprs-wild-first-decade-only-scratches-the-surface-of-its-potential/