Дике перше десятиліття CRISPR лише дряпає поверхню його потенціалу

Десять років тому маловідомий бактеріальний захисний механізм злетів до слави потужного редактора геному. За десятиліття після цього CRISPR-Cas9 виділило кілька варіантів, розширившись до комплексного інструментарію, який може редагувати генетичний код життя.

Його практичне використання в наукових дослідженнях, охороні здоров’я та сільському господарстві було далеко не просто вежею зі слонової кістки.

Ви бачили заголовки. FDA схвалив його використання в боротьба з основною генетичною мутацією для серповидно-клітинної анемії. Деякі дослідники відредаговані імунні клітини для боротьби з невиліковним раком крові у дітей. Інші брали трансплантація органів від свині до людини від мрії до реальності, намагаючись зменшити дефіцит донорських органів. Нещодавня робота спрямована на те, щоб допомогти мільйонам людей із високим рівнем холестерину — і потенційно запровадити генну терапію на основі CRISPR у маси — зниження ймовірності серцевих захворювань з одноразовою ін'єкцією.

Але для доктора Дженніфер Дудна, яка отримала Нобелівську премію у 2020 році за свою роль у розробці CRISPR, ми лише коснемося поверхні його потенціалу. Разом із аспіранткою Джой Ванг Дудна склав дорожню карту на наступне десятиліття технології у статті in наука.

Якщо 2010-ті роки були зосереджені на створенні набору інструментів CRISPR і доведенні його ефективності, то в цьому десятилітті ця технологія повністю розкриває свій потенціал. Від терапій на основі CRISPR і широкомасштабних скринінгів для діагностики захворювань до створення високоврожайних культур і поживних продуктів, технологія «та її потенційний вплив все ще перебувають на ранніх стадіях», пишуть автори.

Десятиліття яскравих моментів

Ми пролили багато чорнила на досягнення CRISPR, але варто повернутися до минулого, щоб передбачити майбутнє — і потенційно виявляти проблеми на цьому шляху.

Однією з ранніх подій була неймовірна здатність CRISPR швидко створювати моделі хвороб на тваринах. Його оригінальна форма легко видаляє цільовий ген у дуже ранньому ембріоні, який після трансплантації в утробу матері може створити генетично модифікованих мишей лише за місяць, порівняно з роком за використання попередніх методів. Додаткові версії CRISPR, такі як базове редагування — заміна однієї генетичної літери на іншу — і первинне редагування, яке розрізає ДНК без розрізання обох ланцюгів — ще більше підвищили гнучкість набору інструментів у розробці генетично змінених органоїдів (подумайте про міні-мізки) і тварини. CRISPR швидко створив десятки моделей для деяких із наших найбільш руйнівних і заплутаних захворювань, включаючи різні види раку, хворобу Альцгеймера та м’язову дистрофію Дюшенна — дегенеративний розлад, при якому м’язи повільно втрачаються. Зараз проводяться десятки випробувань на основі CRISPR у творах.

CRISPR також прискорив генетичний скринінг в епоху великих даних. Замість того, щоб націлюватися на один ген за раз, тепер можна заглушити або активувати тисячі генів паралельно, утворюючи своєрідний Розеттський камінь для перетворення генетичних збурень у біологічні зміни. Це особливо важливо для розуміння генетичних взаємодій, таких як рак або старіння, про які ми раніше не знали, і для отримання нових боєприпасів для розробки ліків.

Але найвищим досягненням CRISPR стало мультиплексне редагування. Подібно до одночасного натискання на кілька клавіш піаніно, цей тип генної інженерії спрямований на кілька конкретних ділянок ДНК, швидко змінюючи генетичний склад генома одним рухом.

Технологія працює на рослинах і тваринах. Протягом багатьох років люди старанно вирощували культури з бажаними характеристиками — будь то колір, розмір, смак, поживність або стійкість до хвороб. CRISPR може допомогти вибрати кілька ознак або навіть одомашнити нові культури лише за одне покоління. Безрогі бики, створені CRISPR, багаті поживними речовинами томатиі гіперм'язові сільськогосподарські тварини і риба вже є реальністю. З населенням світу досягнувши 8 мільярдів у 2022 році та мільйони людей страждають від голоду, CRISPRed-crops може стати порятунком — тобто, якщо люди готові прийняти цю технологію.

Шлях вперед

Куди ми йдемо звідси?

На думку авторів, нам потрібно ще більше підвищити ефективність CRISPR і зміцнити довіру. Це означає повернення до основ, щоб підвищити точність і точність редагування інструмента. Тут критично важливі платформи для швидкої еволюції ферментів Cas, компонента «ножиць» механізму CRISPR.

Вже є успіхи: одна версія Cas, наприклад, діє як огородження для націлюючого компонента — sgRNA «вишуканого». У класичному CRISPR sgRNA працює сама, але в цій оновленій версії їй важко зв’язуватися без допомоги Cas. Цей трюк допомагає пристосувати редагування до певної ділянки ДНК і підвищує точність, щоб розріз працював, як передбачувано.

Подібні стратегії також можуть підвищити точність із меншою кількістю побічних ефектів або вставити нові гени в клітини, такі як нейрони та інші, які більше не діляться. Хоча це вже можливо за допомогою основного редагування, його ефективність може бути В 30 рази нижче ніж класичні механізми CRISPR.

«Основна мета первинного редагування в наступному десятилітті — підвищення ефективності без шкоди для чистоти продукту редагування — результат, який потенційно може перетворити первинне редагування в один із найбільш універсальних інструментів для точного редагування», — сказали автори.

Але, мабуть, важливішою є доставка, яка залишається вузьким місцем, особливо для терапевтичних засобів. В даний час CRISPR зазвичай використовується на клітинах поза тілом, які вливаються назад, як у випадку з CAR-T, або в деяких випадках прив’язані до носія вірусу або інкапсульовані в жирові бульбашки та вводяться в організм. Були успіхи: У 2021, FDA схвалила перший знімок на основі CRISPR боротися з генетичним захворюванням крові, транстиретиновим амілоїдозом.

Проте обидві стратегії є проблематичними: небагато типів клітин можуть вижити після лікування CAR-T — гинуть при повторному введенні в організм — і націлювання на конкретні тканини та органи залишається переважно недосяжним для ін’єкційної терапії.

За словами авторів, ключовим досягненням наступного десятиліття є переміщення вантажу CRISPR у цільову тканину без шкоди та вивільнення редактора генів у призначене місце. Кожен із цих кроків, хоч і здається простим на папері, представляє власний набір проблем, для подолання яких знадобляться як біоінженерія, так і інновації.

Нарешті, CRISPR може взаємодіяти з іншими технологічними досягненнями, кажуть автори. Наприклад, використовуючи зображення клітин і машинне навчання, ми незабаром зможемо розробити ще ефективніші редактори геному. Завдяки швидше та дешевше секвенування ДНК, ми можемо легко контролювати наслідки редагування генів. Потім ці дані можуть забезпечити своєрідний механізм зворотного зв’язку, за допомогою якого можна створювати ще більш потужні редактори геному в ефективному циклі.

Реальний вплив

Хоча подальше розширення інструментарію CRISPR стоїть на порядку денному, технологія достатньо зріла, щоб вплинути на реальний світ у друге десятиліття, кажуть автори.

У найближчому майбутньому ми повинні побачити «збільшення кількості методів лікування на основі CRISPR, які переходять на більш пізні стадії клінічних випробувань». Дивлячись у майбутнє, технологія або її варіанти можуть зробити ксенотрансплантацію органів від свині до людини рутинною, а не експериментальною. Масштабні скринінги генів, які призводять до старіння або дегенеративних захворювань мозку чи серця — наших головних вбивць сьогодні — можуть дати профілактичне лікування на основі CRISPR. Це непросте завдання: нам потрібні як знання про генетику, що лежить в основі багатогранних генетичних захворювань, тобто коли в гру вступає кілька генів, так і спосіб доставки інструментів редагування до їх мети. «Але потенційні переваги можуть підштовхнути інновації в цих сферах значно більше, ніж можливо сьогодні», — кажуть автори.

Проте з більшою владою приходить більша відповідальність. CRISPR просувається з шаленою швидкістю, і регуляторні органи та громадськість все ще намагаються наздогнати згаяне. Мабуть, найвідомішим прикладом був приклад Діти CRISPR, де експерименти проводилися всупереч світовим етичним принципам рухомий міжнародний консорціум, щоб прокласти червону лінію для редагування зародкових клітин людини.

Так само генетично модифіковані організми (ГМО) залишаються суперечливою темою. Незважаючи на те, що CRISPR набагато точніший за попередні генетичні інструменти, споживачі вирішуватимуть, чи вітати їх нове покоління продуктів, створених людиною— як рослинні, так і тваринні.

Це важливі розмови, які потребують глобального дискурсу коли CRISPR вступає в друге десятиліття. Але для авторів майбутнє виглядає яскравим.

«Як і під час появи редагування генома CRISPR, поєднання наукової цікавості та бажання принести користь суспільству буде стимулювати наступне десятиліття інновацій у технології CRISPR», — сказали вони. «Продовжуючи досліджувати природний світ, ми виявимо те, що неможливо уявити, і використаємо це в реальному світі на благо планети».

Зображення Фото: NIH

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://singularityhub.com/2023/01/25/crisprs-wild-first-decade-only-scratches-the-surface-of-its-potential/