ทศวรรษแรกของ CRISPR นั้นเป็นเพียงการขีดข่วนพื้นผิวของศักยภาพของมันเท่านั้น

เมื่อสิบปีที่แล้ว กลไกการป้องกันแบคทีเรียที่ไม่ค่อยมีใครรู้จักได้พุ่งสูงขึ้นจนมีชื่อเสียงในฐานะเครื่องมือแก้ไขจีโนมที่ทรงพลัง ในทศวรรษนั้น CRISPR-Cas9 ได้แยกสายพันธุ์ต่างๆ ออก และขยายเป็นกล่องเครื่องมือที่ครอบคลุมซึ่งสามารถแก้ไขรหัสพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตได้

ห่างไกลจากการแสวงหาหอคอยงาช้าง การนำไปใช้จริงในการวิจัย การดูแลสุขภาพ และการเกษตรนั้นเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและรุนแรง

คุณเคยเห็นพาดหัวข่าว FDA อนุมัติให้ใช้ใน การแก้ปัญหาการกลายพันธุ์ของพันธุกรรมสำหรับโรคเซลล์รูปเคียว. นักวิจัยบางคน แก้ไขเซลล์ภูมิคุ้มกันเพื่อต่อสู้กับมะเร็งเม็ดเลือดที่รักษาไม่ได้ในเด็ก. คนอื่นก็เอา การปลูกถ่ายอวัยวะจากหมูสู่คน จากความฝันสู่ความจริงเพื่อบรรเทาปัญหาการขาดแคลนอวัยวะของผู้บริจาค งานล่าสุดมีเป้าหมายเพื่อช่วยเหลือผู้คนนับล้านที่มีคอเลสเตอรอลสูง และอาจนำการบำบัดด้วยยีนที่ใช้ CRISPR มาสู่คนจำนวนมากโดย ลดโอกาสในการเป็นโรคหัวใจ ด้วยการฉีดเพียงครั้งเดียว

แต่สำหรับ Dr. Jennifer Doudna ผู้ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลในปี 2020 จากบทบาทของเธอในการพัฒนา CRISPR นั้น เรากำลังเพียงแค่ขีดข่วนให้เห็นถึงศักยภาพของมัน ร่วมกับนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Joy Wang Doudna ได้วางแผนงานสำหรับทศวรรษหน้าของเทคโนโลยี ในบทความ in วิทยาศาสตร์.

หากช่วงปี 2010 มุ่งเน้นไปที่การสร้างกล่องเครื่องมือ CRISPR และพิสูจน์ประสิทธิภาพ ทศวรรษนี้คือเวลาที่เทคโนโลยีใช้ศักยภาพสูงสุด ตั้งแต่การบำบัดโดยใช้ CRISPR และหน้าจอขนาดใหญ่สำหรับการวินิจฉัยโรค ไปจนถึงวิศวกรรมพืชผลที่ให้ผลผลิตสูงและอาหารที่มีคุณค่าทางโภชนาการ เทคโนโลยี “และผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น” ผู้เขียนเขียน

ทศวรรษแห่งไฮไลท์

เราใช้หมึกจำนวนมากเกี่ยวกับความก้าวหน้าของ CRISPR แต่การทบทวนอดีตเพื่อทำนายอนาคตนั้นคุ้มค่า และอาจสำรวจปัญหาระหว่างทาง

จุดเด่นประการแรกคือความสามารถอันเหลือเชื่อของ CRISPR ในการสร้างแบบจำลองของโรคในสัตว์อย่างรวดเร็ว รูปแบบเดิมของมันกำจัดยีนเป้าหมายในเอ็มบริโอที่อายุยังน้อยได้อย่างง่ายดาย ซึ่งเมื่อปลูกถ่ายเข้าไปในมดลูกจะสามารถสร้างหนูดัดแปลงพันธุกรรมได้ภายในเวลาเพียงหนึ่งเดือน เมื่อเทียบกับหนึ่งปีที่ใช้วิธีก่อนหน้านี้ เวอร์ชัน CRISPR เพิ่มเติม เช่น การแก้ไขพื้นฐาน—การสลับอักษรพันธุกรรมหนึ่งตัวสำหรับอีกอักษรหนึ่ง—และการตัดต่อเฉพาะ—ซึ่งตัด DNA โดยไม่ตัดทั้งสองเส้น—ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นของชุดเครื่องมือในการสร้างออร์แกนอยด์ที่ดัดแปลงพันธุกรรม (คิดเล็กคิดน้อย) และสัตว์. CRISPR ได้สร้างแบบจำลองมากมายอย่างรวดเร็วสำหรับโรคร้ายแรงและน่าฉงนสนเท่ห์ที่สุดของเรา รวมถึงมะเร็งหลายชนิด อัลไซเมอร์ และโรคกล้ามเนื้อเสื่อม Duchenne ซึ่งเป็นโรคความเสื่อมที่กล้ามเนื้อค่อยๆ สูญเสียไป ขณะนี้มีการทดลองที่ใช้ CRISPR หลายสิบรายการ ในการทำงาน.

CRISPR ยังเร่งการคัดกรองทางพันธุกรรมในยุคข้อมูลขนาดใหญ่ แทนที่จะมุ่งเป้าไปที่ยีนทีละยีน ตอนนี้เป็นไปได้ที่จะปิดเสียงหรือเปิดใช้งานยีนหลายพันตัวพร้อมกัน ก่อตัวเป็นหิน Rosetta เพื่อแปลการก่อกวนทางพันธุกรรมเป็นการเปลี่ยนแปลงทางชีววิทยา นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ทางพันธุกรรม เช่น มะเร็งหรืออายุที่เราไม่เคยรู้มาก่อน และได้รับกระสุนใหม่สำหรับการพัฒนายา

แต่ความสำเร็จที่ยอดเยี่ยมสำหรับ CRISPR คือการแก้ไขแบบมัลติเพล็กซ์ เช่นเดียวกับการแตะบนคีย์เปียโนหลายตัวพร้อมกัน พันธุวิศวกรรมประเภทนี้มุ่งเป้าไปที่พื้นที่ DNA เฉพาะหลายแห่ง เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางพันธุกรรมของจีโนมอย่างรวดเร็วในคราวเดียว

เทคโนโลยีนี้ทำงานในพืชและสัตว์ นานมาแล้ว ผู้คนได้พยายามเพาะพันธุ์พืชผลให้มีคุณลักษณะที่พึงประสงค์ ไม่ว่าจะเป็นสี ขนาด รสชาติ คุณค่าทางอาหาร หรือความทนทานต่อโรค CRISPR สามารถช่วยเลือกลักษณะต่างๆ หรือแม้กระทั่งผสมพันธุ์พืชใหม่ๆ ในรุ่นเดียว กระทิงไร้เขาที่สร้างโดย CRISPR, มะเขือเทศที่อุดมด้วยสารอาหารและสัตว์ในฟาร์มที่มีกล้ามเนื้อมากเกินไป และปลา เป็นความจริงอยู่แล้ว กับประชากรโลก แตะ 8 พันล้านในปี 2022 และ คนนับล้านต้องอดอยาก, พืชผล CRISPRed อาจให้เส้นชีวิต — นั่นคือถ้าคนเต็มใจที่จะยอมรับเทคโนโลยี

เส้นทางไปข้างหน้า

เราจะไปจากที่นี่ที่ไหน?

สำหรับผู้เขียน เราจำเป็นต้องเพิ่มประสิทธิภาพของ CRISPR และสร้างความไว้วางใจ ซึ่งหมายถึงการกลับไปสู่พื้นฐานเพื่อเพิ่มความแม่นยำและความแม่นยำในการแก้ไขของเครื่องมือ ที่นี่ แพลตฟอร์มเพื่อพัฒนาเอนไซม์ Cas ซึ่งเป็นองค์ประกอบ "กรรไกร" ของเครื่องจักร CRISPR อย่างรวดเร็วนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง

มีความสำเร็จแล้ว: เวอร์ชัน Cas หนึ่งเวอร์ชัน เช่นทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันสำหรับส่วนประกอบที่เป็นเป้าหมาย นั่นคือ sgRNA “bloodhound” ใน CRISPR แบบคลาสสิก sgRNA จะทำงานโดยลำพัง แต่ในเวอร์ชันที่อัปเดตนี้ จะทำงานได้ยากหากไม่ได้รับความช่วยเหลือจาก Cas เคล็ดลับนี้ช่วยปรับแต่งการแก้ไขไปยังไซต์ DNA ที่เฉพาะเจาะจงและเพิ่มความแม่นยำเพื่อให้การตัดเป็นไปตามที่คาดการณ์ไว้

กลยุทธ์ที่คล้ายกันยังสามารถเพิ่มความแม่นยำด้วยผลข้างเคียงที่น้อยลงหรือใส่ยีนใหม่ในเซลล์ เช่น เซลล์ประสาทและเซลล์อื่นๆ ที่ไม่แบ่งตัวอีกต่อไป แม้ว่าจะเป็นไปได้อยู่แล้วด้วยการแก้ไขแบบไพรม์ แต่ประสิทธิภาพก็สามารถทำได้ ลดลง 30 เท่า มากกว่ากลไก CRISPR แบบคลาสสิก

“เป้าหมายหลักสำหรับการตัดต่อระดับไพร์มในทศวรรษหน้าคือการปรับปรุงประสิทธิภาพโดยไม่ลดทอนความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ตัดต่อ ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่มีศักยภาพในการเปลี่ยนการตัดต่อระดับไพร์มให้กลายเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่หลากหลายที่สุดสำหรับการแก้ไขที่แม่นยำ” ผู้เขียนกล่าว

แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือการส่งมอบ ซึ่งยังคงเป็นคอขวดโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการบำบัดรักษา ปัจจุบัน CRISPR มักใช้กับเซลล์ภายนอกร่างกายที่ฉีดกลับเข้าไป เช่น ในกรณีของ CAR-T หรือในบางกรณีจะผูกติดกับพาหะของไวรัสหรือห่อหุ้มด้วยฟองไขมันแล้วฉีดเข้าไปในร่างกาย มีความสำเร็จ: ใน 2021, อย. ได้อนุมัติให้ ช็อตแรกที่ใช้ CRISPR เพื่อจัดการกับโรคเลือดทางพันธุกรรม transthyretin amyloidosis

กลยุทธ์ทั้งสองนี้มีปัญหา: มีเซลล์ไม่กี่ชนิดที่สามารถรอดชีวิตจากการรักษาด้วย CAR-T ได้—ซึ่งกำลังจะตายเมื่อนำกลับเข้าสู่ร่างกาย—และการกำหนดเป้าหมายไปยังเนื้อเยื่อและอวัยวะเฉพาะส่วนใหญ่ยังคงห่างไกลจากการรักษาด้วยการฉีดยา

ความก้าวหน้าที่สำคัญสำหรับทศวรรษหน้า ผู้เขียนกล่าวว่า การส่งสาร CRISPR ไปยังเนื้อเยื่อเป้าหมายโดยไม่เกิดอันตราย และปล่อยตัวแก้ไขยีนในจุดที่ต้องการ แต่ละขั้นตอนเหล่านี้แม้จะดูเรียบง่ายบนกระดาษ แต่ก็นำเสนอชุดของความท้าทายที่ต้องใช้ทั้งวิศวกรรมชีวภาพและนวัตกรรมเพื่อเอาชนะ

สุดท้ายนี้ CRISPR สามารถผสานรวมกับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอื่นๆ ได้ ผู้เขียนกล่าว ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้ประโยชน์จากการสร้างภาพเซลล์และการเรียนรู้ของเครื่อง เราสามารถสร้างเครื่องมือแก้ไขจีโนมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้ในเร็วๆ นี้ ขอบคุณ การจัดลำดับดีเอ็นเอที่เร็วขึ้นและราคาถูกลงจากนั้นเราสามารถตรวจสอบผลลัพธ์ของการตัดต่อยีนได้อย่างง่ายดาย จากนั้นข้อมูลเหล่านี้สามารถให้กลไกป้อนกลับประเภทหนึ่งซึ่งใช้สร้างเครื่องมือแก้ไขจีโนมที่ทรงพลังยิ่งขึ้นในลูปที่เหมาะสม

ผลกระทบในโลกแห่งความเป็นจริง

แม้ว่าการขยายกล่องเครื่องมือ CRISPR ต่อไปจะอยู่ในวาระการประชุม แต่เทคโนโลยีก็โตพอที่จะส่งผลกระทบต่อโลกแห่งความเป็นจริงในทศวรรษที่สองแล้ว ผู้เขียนกล่าว

ในอนาคตอันใกล้นี้ เราน่าจะได้เห็น “จำนวนการรักษาที่ใช้ CRISPR เพิ่มขึ้น ซึ่งได้ย้ายไปสู่การทดลองทางคลินิกระยะหลัง” เมื่อมองไปข้างหน้า เทคโนโลยีหรือรูปแบบต่างๆ ของมันอาจทำให้การปลูกถ่ายอวัยวะจากอวัยวะจากหมูสู่คนเป็นกิจวัตร แทนที่จะเป็นการทดลอง หน้าจอขนาดใหญ่สำหรับยีนที่นำไปสู่การแก่ชราหรือความเสื่อมของสมองหรือโรคหัวใจ ซึ่งเป็นตัวการฆ่าอันดับต้น ๆ ของเราในปัจจุบัน อาจให้การรักษาโดยใช้ CRISPR เชิงป้องกัน ไม่ใช่เรื่องง่าย: เราต้องการทั้งความรู้ด้านพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับโรคทางพันธุกรรมหลายแง่มุม นั่นคือ เมื่อมียีนหลายตัวเข้ามาเกี่ยวข้อง และวิธีการส่งเครื่องมือแก้ไขไปยังเป้าหมาย "แต่ผลประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นอาจขับเคลื่อนนวัตกรรมในด้านเหล่านี้ได้ดีกว่าสิ่งที่เป็นไปได้ในปัจจุบัน" ผู้เขียนกล่าว

แต่ด้วยพลังที่ยิ่งใหญ่กว่าย่อมมาพร้อมกับความรับผิดชอบที่มากขึ้น CRISPR ก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็ว หน่วยงานกำกับดูแลและประชาชนยังคงพยายามตามให้ทัน บางทีตัวอย่างที่ฉาวโฉ่ที่สุดคือของ ทารก CRISPRซึ่งทำการทดลองโดยขัดกับหลักเกณฑ์ทางจริยธรรมทั่วโลก ขับเคลื่อน สมาคมระหว่างประเทศเพื่อวางเส้นสีแดงสำหรับการแก้ไขเซลล์สืบพันธุ์ของมนุษย์

ในทำนองเดียวกันสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม (GMOs) ยังคงเป็นหัวข้อที่ถกเถียงกันอยู่ แม้ว่า CRISPR จะแม่นยำกว่าเครื่องมือทางพันธุกรรมก่อนหน้านี้มาก แต่ก็ขึ้นอยู่กับผู้บริโภคที่จะตัดสินใจว่าจะยินดีหรือไม่ อาหารยุคใหม่ที่มนุษย์วิวัฒนาการขึ้น- ทั้งพืชและสัตว์

เหล่านี้เป็น บทสนทนาสำคัญที่ต้องการวาทกรรมระดับโลก เมื่อ CRISPR เข้าสู่ทศวรรษที่สอง แต่สำหรับผู้เขียนแล้ว อนาคตดูสดใส

“เช่นเดียวกับในช่วงที่การแก้ไขจีโนม CRISPR เกิดขึ้น การผสมผสานระหว่างความอยากรู้อยากเห็นทางวิทยาศาสตร์และความปรารถนาที่จะเป็นประโยชน์ต่อสังคมจะขับเคลื่อนนวัตกรรมในทศวรรษหน้าของเทคโนโลยี CRISPR” พวกเขากล่าว “ด้วยการสำรวจโลกธรรมชาติต่อไป เราจะค้นพบสิ่งที่ไม่สามารถจินตนาการได้และนำไปใช้ในโลกแห่งความเป็นจริงเพื่อประโยชน์ของโลก”

เครดิตภาพ: NIH

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://singularityhub.com/2023/01/25/crisprs-wild-first-decade-only-scratches-the-surface-of-its-potential/