Naujausias genų redaktorius radikaliai patobulina CRISPR

Konceptuali dviejų skardinių iliustracija, vienas įprastas Crispr, vienas Prime Ponia Tech

Nepaisant visos pelnytos šlovės, genų redagavimo įrankis CRISPR iš tikrųjų yra gana sunkus genomui. Tai yra dvi DNR žirklės, perpjaunančios dvigubą spiralę, o tai, kas vadinama redagavimu, iš tikrųjų yra skubotas ląstelės bandymas viską sutvarkyti. Tai sukelia klaidų: kritikai netgi pavadino šiuos nenuspėjamus pokyčius genomo vandalizmo forma.

Taigi mokslininkai ieško būdų, kaip priversti CRISPR pateisinti savo, kaip tikros genų paieškos ir keitimo funkcijos, reputaciją. Harvardo universiteto biologo Davido Liu žodžiais, didžiausias genomo inžinierių siekis yra gebėjimas praktiškai bet kokius tikslinius bet kurios gyvos ląstelės ar organizmo genomo pokyčius.

Šiandien, naujausiuose ir galbūt svarbiausiuose CRISPR technologijos patobulinimuose, Liu pristato pagrindinį redagavimą – molekulinę programėlę, kuri, jo teigimu, gali perrašyti bet kokios rūšies genetinę klaidą, iš tikrųjų nenutraukdama DNR grandinės, kaip tai daro CRISPR.

Naujojoje technologijoje naudojamas inžinerinis baltymas, kuris, pasak pranešimas Liu ir 10 kitų šiandien žurnale „Nature“, gali paversti bet kurią vieną DNR raidę į bet kurią kitą, taip pat pridėti arba ištrinti ilgesnius ruožus. Tiesą sakant, Liu teigia, kad jis gali ištaisyti beveik bet kurią iš 75 000 žinomų mutacijų, kurios sukelia paveldimas ligas žmonėms.

CRISPR 1.0 dažniausiai naudojamas genams išjungti, todėl jis naudingas tyrimams ir galbūt gydant ligų pogrupį, kai reikalingas DNR ištrynimo mygtukas. Naudojant šį įrankį taip pat galimi platesni genų pakeitimai, tačiau juos nėra lengva kontroliuoti.

Naujoji technologija, kuri suteikia platesnį redagavimo meniu ir daugiau subtilumo, jau verta neapsakomų pinigų sumų. Dar prieš paskelbiant dokumentą rizikos kapitalistų sindikatas, įskaitant „Newpath“, „Google“ rizikos padalinį ir „F-Prime“, sudarė bendrovę „Prime Medicine“ ir įsigijo teises į ją iš Broad Institute, kur Liu turi laboratoriją.

Įmonė yra labai nauja – dar nėra vietos, nėra darbuotojų, todėl turėsime palaukti, kol sužinosime, ar bus naujausias bandymas sukurti CRISPR vaistus, ar darys ką nors kita. Robertas Nelsenas, „Arch Venture Partners“, fondo, taip pat dalyvaujančio sandoryje, partneris elektroniniu paštu nurodė, kad negali pateikti daugiau informacijos. Nuostabus laikas mokslo pasaulyje, rašė jis. Šiuo metu nieko nesakome.

Kaip veikia pagrindinis redagavimas?

Tai CRISPR tipas, nes jame naudojamas tas pats bakterinis stebuklingas baltymas Cas9, kuris gali nulįsti į iš anksto nustatytą augalų ar gyvūnų genomo vietą ir rasti kelią tarp milijardų raidžių. Tačiau skirtingai nei CRISPR classic, pagrindinis redagavimas nepažeidžia DNR spiralės.

Liu ir jo grupė pasiliko Cas9 dalį, kuri tarnauja kaip nukreipimo mechanizmas, tačiau pašalino žirklinę dalį – komponentą, vadinamą nukleaze. Vietoj jo jie sujungė kitą fermentą, atvirkštinę transkriptazę, gerai žinomą biologijos vadovėliuose, nes tai, kas sutrinka išilgai jūsų chromosomų, kai jūsų ląstelės dalijasi, išgaudamos naują kopiją.

Dokumentų rengyklė tikrai yra tinkamas vaizdas, jei norite įsivaizduoti, kaip veikia nauja Liu sukurta molekulė. Pirma, mokslininkai prideda šiek tiek genetinio teksto, kurį nori įtraukti į genomą (galvokite apie tai kaip kopijavimo komandą). Tada Cas9 veikia kaip žymeklis ir suranda tinkamą vietą DNR. Galiausiai atvirkštinė transkriptazė veikia kaip įklijavimo komanda, nukopijuodama į mokslininkų parengtą genetinį tekstą.

Liu komanda, įskaitant postdoc Andrew Anzalone, išbandė pagrindinį ląstelių redagavimą savo laboratorijoje. Jie sako, kad ištaisė klaidą, sukeliančią pjautuvinių ląstelių ligą (viena neteisinga raidė), tą, kuri sukelia Tay-Sachs ligą (keturios papildomos raidės), ir mutaciją, kuri yra dažna cistinės fibrozės priežastis (trūksta trijų raidžių).

Originalus CRISPR taip pat gali būti pritaikytas atlikti kai kuriuos iš šių triukų, tačiau su maža tikslių rezultatų tikimybė, todėl pastaruosius kelerius metus Liu laboratorija bandė išplėsti technologijos galimybes. Ankstesnis išradimas, bazinis redagavimas, leido jiems paversti tam tikras atskiras DNR raides į kitas. Tačiau ne visi pokyčiai buvo įmanomi. Pasak jų, pagrindinis redagavimas galėtų ištaisyti daugumą paveldėtų DNR klaidų, aptinkamų žmonių rūšyje, sukeliančių genetinę ligą.

Didelės sumos, susijusios su grumtyne, siekiant komercializuoti redagavimo superįrankius, aiškiai matyti iš Beam Therapeutics, atskiros bendrovės Liu, įkurtos pagrindinio redagavimo darbui, IPO planuose, kurie taip pat padėjo tobulinti pagrindinį redagavimą. Tikimasi, kad Harvardo mokslininko finansinė dalis to genų redagavimo startuolio, kurio tikslas – gydyti tokias kraujo ligas kaip pjautuvinių ląstelių, dalis bus verta daugiau nei 50 mln.

Pažadas potencialiai išspręsti visą paveldimų žmogaus negalavimų spektrą yra didžiulis, tačiau praktiškai tai vis dar toli. Redagavimo įrankiai nėra panašūs į aspiriną, mažą molekulę, kuri lengvai patenka į ląsteles. Pagrindinis redaktorius molekuliniu požiūriu yra milžiniškas, todėl norint jį patekti į žmonių ląsteles reikės kažko panašaus į genų terapiją.

Tyrimą sumokėjo vyriausybė ir filantropai, jie buvo atlikti Harvarde ir ne pelno siekiančiame Broad Institute. Sistema bus prieinama tik už kelis dolerius per kliringo centrą Addgene visiems, kurie nori ją naudoti pagrindiniams mokslams.

Kadangi CRISPR 1.0, bazinis redagavimas ir pagrindinis redagavimas turi privalumų ir trūkumų, Liu tikisi, kad visa tai ir toliau bus naudojama. Taikant pagrindinį redagavimą, ne kiekviena ląstelė atlieka norimus pakeitimus, o tai reiškia, kad jis dar nėra toks efektyvus, kaip norėtų tyrinėtojai.

Tai yra pradžia, o ne pabaiga, Liu sakė žurnalistams per konferencinį pokalbį, kurį surengė „Nature“. Jei CRISPR yra kaip žirklės, pagrindiniai redaktoriai yra kaip pieštukas. Tada galite galvoti apie pagrindinius redaktorius, tokius kaip tekstų rengyklė, galinti tiksliai ieškoti ir pakeisti... Visi turės vaidmenis.

Kai genomo redagavimas tampa vis stipresnis, ginčai dėl tam tikrų galimų naudojimo būdų, tarkime, kūdikių, genetinių pesticidų ar net bioteroro ginklų, gali būti aštresni.

Liu neatsakė į klausimus apie tai, ar galingas naujasis įrankis turi neigiamų pusių arba kaip finansinės paskatos formuoja pasirinkimą kurti ir plačiai dalytis šiomis priemonėmis, kuriomis keičiasi visas gyvenimas.

paslėpti