การแก้ไขยีน CRISPR มีความก้าวหน้าตลอดปี และเพิ่งเริ่มต้นเท่านั้น

การแก้ไขยีน CRISPR มีความก้าวหน้าตลอดปี และเพิ่งเริ่มต้นเท่านั้น

Time Stamp: 26 ธันวาคม 2023 10:00 น.
การแก้ไขยีน CRISPR มีความก้าวหน้าตลอดปี—และเป็นเพียงการเริ่มต้นเท่านั้น PlatoBlockchain Data Intelligence ค้นหาแนวตั้ง AI.

CRISPR ปิดฉากปี 2023 อย่างยิ่งใหญ่

In พฤศจิกายนเครื่องมือแก้ไขยีนนี้ได้รับการอนุมัติทางคลินิกเป็นครั้งแรกในการรักษาโรคโลหิตจางชนิดรูปเคียวและเบต้าธาลัสซีเมียในสหราชอาณาจักร ความผิดปกติของเลือดที่เจ็บปวดเหล่านี้มีสาเหตุมาจากการพิมพ์ผิดทางพันธุกรรมเพียงตัวเดียว ซึ่งทำให้รูปร่างของเซลล์เม็ดเลือดบิดเบี้ยวและจำกัดความสามารถในการส่งออกซิเจน

ไม่กี่สัปดาห์ต่อมา สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกาได้ไฟเขียวการรักษาเคียวเซลล์ และกำหนดให้ควบคุมโรคเบต้าธาลัสซีเมียภายในเดือนมีนาคมปีหน้า ก ยุโรป บริษัท ยา คณะกรรมการกำกับดูแลตามมาด้วยการรับรองการบำบัดนี้ในไม่ช้า โดยแนะนำว่าน่าจะใช้ได้ทั่วยุโรป การอนุมัติด้วยซ้ำ เป็นแรงบันดาลใจให้เกิดการละเล่น on สดคืนวันเสาร์.

มีเหตุผลสำหรับการประโคมข่าวทั้งหมด CRISPR-Cas9 ถูกค้นพบครั้งแรกว่าเป็นกลไกการป้องกันแบคทีเรีย ในเวลาเพียงกว่าทศวรรษนับตั้งแต่มีการทดสอบครั้งแรกในเซลล์ของมนุษย์ เทคโนโลยีนี้ได้เปลี่ยนโฉมหน้าของเทคโนโลยีชีวภาพ ทำให้เรามีเครื่องมือที่แม่นยำในการแก้ไขพิมพ์เขียวของชีวิต

นับตั้งแต่ทำแผนที่จีโนมมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์ได้จินตนาการถึงการเปลี่ยนยีนที่กลายพันธุ์ด้วยยีนที่มีสุขภาพดีเพื่อรักษาโรคทางพันธุกรรม ในปีนี้ CRISPR ได้นำวิสัยทัศน์ดังกล่าวมาสู่การบรรลุผล Casgevy ซึ่งเป็นผู้แก้ไขยีนที่ได้รับอนุมัติใหม่ สามารถแก้ไขอุบัติเหตุทางพันธุกรรมในเซลล์ต้นกำเนิดที่แยกได้จากไขกระดูกของผู้ป่วย เมื่อส่งกลับเข้าสู่ร่างกาย สเต็มเซลล์ที่ได้รับการแก้ไขจะก่อให้เกิดเซลล์เม็ดเลือดที่แข็งแรงซึ่งจะส่งออกซิเจนไปทั่วร่างกาย

แม้จะมีความซับซ้อน แต่ CRISPR ก็มีปัญหา เครื่องมือนี้จะตัด DNA ทั้งสองเส้นออก ซึ่งอาจก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตราย เช่น การกลายพันธุ์ที่ทำให้เกิดยีนที่ก่อให้เกิดมะเร็ง นอกจากนี้ยังอาจตัดส่วนที่ไม่เกี่ยวข้องของจีโนมและกระตุ้นให้เกิดผลข้างเคียงโดยไม่ได้ตั้งใจ

CRISPR เป็นความก้าวหน้าที่ไม่อาจโต้แย้งได้และคุ้มค่า รางวัลโนเบล. แต่สิ่งที่น่าตื่นเต้นยิ่งกว่านั้นก็คือความจริงที่ว่ามันเป็นเพียงเครื่องมือรุ่นแรกเท่านั้นที่มีศักยภาพในการปรับเปลี่ยนเทคโนโลยีชีวภาพต่อไปอีกในอีกหลายทศวรรษข้างหน้า

การขยายครอบครัว

สูตร CRISPR มีส่วนผสมหลักสองอย่าง: โปรตีน "กรรไกร" ที่ตัดหรือแยกจีโนม และคู่มือ RNA "บลัดฮาวด์" เพื่อโยงกรรไกรเข้ากับยีนเป้าหมาย การเปลี่ยนแปลงสูตรทำให้เกิดโลกแห่งเครื่องมือแก้ไขยีน ซึ่งแต่ละสูตรมีความพิเศษเฉพาะของตัวเอง บางคนสลับตัวอักษรทางพันธุกรรมตัวเดียว บางคนก็ตัด DNA เส้นเดียวแทนที่จะตัดทั้งสองอย่าง แม้จะมีสูตรสำเร็จ แต่เป้าหมายสุดท้ายก็ยังคงเหมือนเดิม คือ แก้ไขส่วนใดๆ ของจีโนมได้อย่างแม่นยำตามต้องการ

ในปีนี้ CRISPR ยังได้ร่วมมือกับเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมอย่างมากอีกรายหนึ่ง—ปัญญาประดิษฐ์—เพื่อก้าวข้ามขอบเขตของการตัดต่อยีน

ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์ใช้ AI เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องมือแก้ไขยีนที่มีอยู่ การเรียนรู้ของเครื่องช่วยได้ คาดการณ์ผลกระทบนอกเป้าหมาย ในเครื่องมือ CRISPR ที่กำหนดเป้าหมายไปที่ RNA แทนที่จะเป็น DNA ซึ่งจะเป็นการขยายขอบเขตการรักษาของเครื่องมือ และอัลกอริธึมที่ใช้ AlphaFold ซึ่งทำนายโครงสร้างโปรตีน อยู่ใน บน "มีดผ่าตัด" โปรตีน CRISPR ขนาดเล็กที่ทำให้การตัดพันธุกรรมแม่นยำยิ่งขึ้น ตัวแก้ไขยีนที่ลดขนาดลงยังง่ายต่อการบรรจุและส่งมอบไปยังเป้าหมายทางจีโนม

AI ยังขยายจักรวาลของตัวแปร CRISPR ที่เป็นที่รู้จักอีกด้วย เมื่อพิจารณาผ่านฐานข้อมูลขนาดใหญ่ของสารพันธุกรรมจากแหล่งแปลกใหม่—รวบรวมจากชายฝั่งแอนตาร์กติกไปจนถึงน้ำลายของสุนัข—อัลกอริธึม ค้นพบ CRISPR ที่เป็นไปได้หลายร้อยชนิดในแบคทีเรียที่หายาก แต่มีความเสถียรและมีประสิทธิภาพในการแก้ไขจีโนมมนุษย์

การทำเหมืองข้อมูลยังพบกลไกที่คล้ายกับ CRISPR อีกด้วย อีกสาขาหนึ่งของชีวิต—ยูคาริโอต ซึ่งรวมถึงเชื้อรา สาหร่าย และสัตว์ แต่ไม่ใช่แบคทีเรีย ซึ่งเป็นที่ซึ่งมีการค้นพบ CRISPR เป็นครั้งแรก ระบบเหล่านี้เรียกว่า Fanzors ซึ่งคล้ายคลึงกับ CRISPR แต่มีส่วนประกอบต่างกันเท่านั้น การศึกษาเบื้องต้นพบว่า Fanzors สามารถแทรกและลบข้อมูลทางพันธุกรรมในเซลล์ของมนุษย์โดยมีความเสียหายน้อยที่สุดต่อ DNA หรือ RNA ในบริเวณใกล้เคียง และสามารถตั้งโปรแกรมใหม่ได้อย่างง่ายดายเพื่อกำหนดเป้าหมายไซต์จีโนมที่เฉพาะเจาะจง

กล่าวอีกนัยหนึ่ง: มีโลกที่กว้างกว่าของเครื่องมือแก้ไขยีนที่รอให้คุณสำรวจ

คลื่นทางคลินิกใหม่

การอนุมัติครั้งสำคัญสำหรับการบำบัดด้วย CRISPR ถือเป็นการปูทางสำหรับเทคโนโลยีรุ่นใหม่ รวมถึงการแก้ไขแบบพื้นฐานและแบบไพรม์

พัฒนาขึ้นในปี 2016 การแก้ไขฐานใช้ DNA เส้นเดียวแทนที่จะตัดทั้งสองเส้น ทำให้มีโอกาสน้อยมากที่จะตัดบิตที่ไม่ได้ตั้งใจ ตั้งแต่นั้นมานักวิทยาศาสตร์ก็ได้ ปรับโครงสร้างโปรตีน "กรรไกร" ใหม่ เพื่อลดความเสียหายของ DNA ที่ไม่พึงประสงค์และลดขนาดของส่วนประกอบเพื่อให้สามารถเชื่อมโยงไวรัสหรืออนุภาคนาโนที่ปลอดภัยเข้าไปในเซลล์ได้อย่างง่ายดาย

ในปีนี้ การแก้ไขฐานร่วมกับการบำบัดด้วย CAR-T ซึ่งเป็นการรักษาที่ช่วยเพิ่มเซลล์ภูมิคุ้มกันของบุคคลเพื่อต่อสู้กับโรคมะเร็ง ในที่นี้ ทีเซลล์ของบุคคลจะถูกลบออกและได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อให้สามารถตามล่าเป้าหมายได้ดียิ่งขึ้น การทดลองอันทะเยอทะยานครั้งหนึ่ง กำลังใช้การแก้ไขพื้นฐานเพื่อแก้ไขยีน 4 ยีนในเซลล์ภูมิคุ้มกัน เพื่อช่วยค้นหาและทำลายเซลล์เนื้องอกในมะเร็งเม็ดเลือดขาว

การบำบัดนี้คล้ายคลึงกับ Casgevy ที่ได้รับการอนุมัติจาก FDA สำหรับโรคเคียวเซลล์ ซึ่งแพทย์ต้องสกัดและแก้ไขสเต็มเซลล์ที่ผลิตเลือดภายนอกร่างกาย จากนั้น ผู้ป่วยจะได้รับการรักษาโดยกำจัดเซลล์ที่เป็นโรคออกจากไขกระดูก ทำให้มีที่ว่างสำหรับเซลล์ที่ถูกแก้ไข เซลล์ต้นกำเนิดเหล่านี้จะก่อให้เกิดเซลล์เม็ดเลือดแดงที่แข็งแรงซึ่งช่วยเพิ่มออกซิเจนทั่วร่างกายและบรรเทาอาการในที่สุด แม้ว่าชีวิตจะเปลี่ยนแปลง แต่การรักษาแบบนี้ก็ยาวนานและยากลำบาก ผู้ป่วยอาจต้องใช้เวลาอย่างน้อยหนึ่งเดือนในโรงพยาบาลก่อนที่การบำบัดจะเริ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้ค่ารักษาที่สูงเกินไปอยู่แล้ว

อีกทางเลือกหนึ่งคือช็อต "ครั้งเดียวแล้วเสร็จ"

ในปีนี้ที่ การทดลองทางคลินิกขนาดเล็ก เนื่องจากผู้คนมีแนวโน้มที่จะมีระดับคอเลสเตอรอลสูงจนเป็นอันตรายทางพันธุกรรม การแก้ไขพื้นฐานเพียงครั้งเดียวสามารถลดไขมันที่อุดตันของหลอดเลือดแดงได้ถึง 55 เปอร์เซ็นต์ โดยผลลัพธ์ที่ได้อาจคงอยู่ไปตลอดชีวิต พัฒนาโดย เวิร์ฟ เทอราพิวติคส์การทดลองนี้ถือเป็นครั้งแรกที่ใช้การแก้ไขพื้นฐานในมนุษย์เพื่อรักษาโรคเรื้อรัง

ต่างจากการรักษาโรคมะเร็งที่ได้รับการปรับให้เหมาะกับชีววิทยาของบุคคลโดยเฉพาะ การรักษานี้ไม่มีจำหน่ายทั่วไป และอาจนำเทคโนโลยีไปสู่คนจำนวนมากด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่า นักวิทยาศาสตร์ กำลังสำรวจ การบำบัดที่คล้ายกันสำหรับ โรคปอดเรื้อรังซึ่งทำลายปอดและระบบย่อยอาหาร

ในขณะเดียวกัน การแก้ไขเบื้องต้นก็กำลังมุ่งสู่การทดลองทางคลินิกเช่นกัน เปิดตัวใน 2019เทคโนโลยีนี้ใช้การตัดต่อยีนอย่างหนักเพื่อความแม่นยำอันน่าทึ่ง ตั้งแต่นั้นมา นักวิทยาศาสตร์ได้ปรับปรุงระบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้น การเพิ่มประสิทธิภาพกำลังให้ผลดี: แพทย์เฉพาะทางบริษัทเทคโนโลยีชีวภาพที่แยกตัวออกมาจากผู้ประดิษฐ์วิธีการนี้ กำลังเปิดตัวการทดลองทางคลินิกที่สำคัญสำหรับการแก้ไขโรคเม็ดเลือดเรื้อรัง ซึ่งเป็นความผิดปกติที่สืบทอดมาซึ่งจะลดความสามารถของร่างกายในการปัดเป่าการติดเชื้อ

จากยีนสู่เอพิจีโนม

CRISPR ซึ่งเป็นที่รู้จักในฐานะผู้แก้ไขยีน เพิ่งขยายขอบเขตไปยัง เอพิจีโนม—กลุ่มกลไกที่ควบคุมเมื่อเปิดหรือปิดยีน มีแววของความสำเร็จอยู่แล้ว ในการศึกษาเรื่องไพรเมตที่ไม่ใช่มนุษย์ การปิดยีน การใช้การแก้ไขอีพีเจเนติกส์ช่วยลดระดับคอเลสเตอรอลที่เป็นอันตราย โดยมีผลยาวนานเกือบหนึ่งปี

การแก้ไข Epigenome มีข้อดีของมัน น่าจะปลอดภัยกว่า CRISPR แบบคลาสสิกมาก เนื่องจากไม่ได้เปลี่ยนจีโนมโดยตรง นอกจากนี้ยังสามารถกำจัดการติดเชื้อเรื้อรัง เช่น โรคตับอักเสบบีหรือเอชไอวี ซึ่งแฝงตัวอยู่ภายในร่างกายได้แม้จะไม่มีอาการเด่นชัดก็ตาม

ไม่ต้องสงสัยเลยว่า CRISPR ดำเนินไปอย่างดุเดือด ด้วยการทดลองทางคลินิกหลายครั้งที่กำลังดำเนินอยู่ คาดว่าจะก้าวไปอีกปีหนึ่ง ในฐานะนักประดิษฐ์ของ Prime Editing ดร. David Liu กล่าวใน 2019: “นี่คือจุดเริ่มต้นมากกว่าจุดสิ้นสุด”

เครดิตภาพ: ซุฟยาน / Unsplash

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก Hub เอกพจน์