Jaunākais gēnu redaktors radikāli uzlabo CRISPR

Divu kārbu konceptuāla ilustrācija, viena parasta Crispr, viena Prime Tehnikas kundze

Neskatoties uz visu savu labi nopelnīto slavu, gēnu rediģēšanas rīks CRISPR patiesībā ir diezgan grūts attiecībā uz genomu. Tās ir DNS šķēres, kas pārgriež dubulto spirāli, un tas, ko sauc par rediģēšanu, patiesībā ir šūnas steidzīgs mēģinājums salabot lietas. Tas rada kļūdas: kritiķi pat ir nosaukuši šīs neparedzamās izmaiņas par genoma vandālisma veidu.

Tāpēc pētnieki meklē veidus, kā panākt, lai CRISPR atbilstu tās reputācijai kā īstai gēnu meklēšanas un aizstāšanas funkcijai. Hārvardas universitātes biologa Deivida Liu vārdiem sakot, genoma inženieru galvenā vēlme ir spēja veikt praktiski jebkuras mērķtiecīgas izmaiņas jebkuras dzīvas šūnas vai organisma genomā.

Šodien, jaunākajos un, iespējams, vissvarīgākajos CRISPR tehnoloģijas uzlabojumos, Liu ievieš galveno rediģēšanu — molekulāro sīkrīku, pēc viņa teiktā, var pārrakstīt jebkura veida ģenētiskas kļūdas, faktiski nesadalot DNS ķēdi, kā to dara CRISPR.

Jaunajā tehnoloģijā tiek izmantots inženierijas proteīns, kas saskaņā ar atskaite Liu un 10 citi šodien žurnālā Nature, var pārveidot jebkuru DNS burtu par jebkuru citu, kā arī pievienot vai dzēst garākus posmus. Faktiski Liu apgalvo, ka tas spēj labot gandrīz jebkuru no 75 000 zināmajām mutācijām, kas izraisa iedzimtas slimības cilvēkiem.

CRISPR 1.0 visbiežāk tiek izmantots, lai atspējotu gēnus, padarot to noderīgu pētniecībā un, iespējams, tādu slimību apakškopas ārstēšanā, kurās nepieciešama DNS dzēšanas poga. Ar šo rīku ir iespējama arī plašāka gēnu nomaiņa, taču to nav viegli kontrolēt.

Jaunā tehnoloģija, kas nodrošina plašāku rediģējumu izvēlni ar lielāku izsmalcinātību, jau ir neaptveramu naudas summu vērta. Pat pirms dokumenta publicēšanas riska kapitālistu sindikāts, tostarp Newpath, Google riska grupa un F-Prime, bija izveidojis uzņēmumu Prime Medicine un nopirka tiesības uz to no Broad Institute, kur Liu ir laboratorija.

Uzņēmums ir ļoti jauns — vēl nav atrašanās vietas, nav darbinieku — tāpēc mums būs jāgaida, lai uzzinātu, vai tas būs jaunākais mēģinājums izstrādāt CRISPR zāles vai darīs kaut ko citu. Darījumā iesaistītā fonda Arch Venture Partners partneris Roberts Nelsens nosūtīja e-pastu, sakot, ka nevar sniegt sīkāku informāciju. Pārsteidzošs laiks zinātnes pasaulē, viņš rakstīja. Šobrīd mēs neko nesakām.

Kā darbojas galvenā rediģēšana?

Tas ir CRISPR veids, jo tajā tiek izmantots tas pats baktēriju brīnumproteīns Cas9, kas var atrasties iepriekš noteiktā vietā augu vai dzīvnieku genomā, atrodot ceļu starp miljardiem burtu. Taču atšķirībā no klasiskās CRISPR galvenā rediģēšana nepārkāpj DNS spirāli.

Liu un viņa grupa paturēja Cas9 daļu, kas kalpo kā izvietošanas mehānisms, bet noņēma šķēru daļu - komponentu, ko sauc par nukleāzi. Tā vietā viņi pievienoja citu enzīmu, reverso transkriptāzi, kas ir labi pazīstama bioloģijas mācību grāmatās, jo tas ir tas, kas šūnās sadalās gar jūsu hromosomām, izspolējot jaunu kopiju.

Dokumentu redaktors patiešām ir īstais attēls, ja vēlaties iedomāties, kā darbojas Liu jaunā inženierijas molekula. Pirmkārt, pētnieki pievieno nedaudz ģenētiska teksta, ko viņi vēlas ievietot genomā (domājiet par to kā kopēšanas komandu). Pēc tam Cas9 darbojas kā kursors, atrodot pareizo pozīciju DNS. Visbeidzot, reversā transkriptāze darbojas kā ielīmēšanas komanda, iekopējot zinātnieku sagatavoto ģenētisko tekstu.

Liu komanda, tostarp pēcdoktors Endrjū Anzalone, savā laboratorijā izmēģināja primāro rediģēšanu šūnās. Viņi saka, ka ir izlabojuši kļūdu, kas izraisa sirpjveida šūnu slimību (viens nepareizs burts), kļūdu, kas izraisa Tay-Sachs slimību (četri papildu burti), un mutāciju, kas ir bieži sastopams cistiskās fibrozes cēlonis (trīs trūkst burti).

Sākotnējo CRISPR var veikt arī, lai veiktu dažus no šiem trikiem, taču ar zemu precīzu rezultātu izredzes, tāpēc pēdējos vairākus gadus Liu laboratorija ir mēģinājusi paplašināt tehnoloģijas spējas. Agrāks izgudrojums, bāzes rediģēšana, ļāva viņiem pārveidot dažus atsevišķus DNS burtus citos. Tomēr ne visas izmaiņas bija iespējamas. Viņi saka, ka primārā rediģēšana, iespējams, varētu labot lielāko daļu iedzimto DNS kļūdu, kas konstatētas cilvēku sugās, kas izraisa ģenētisku slimību.

Lielās summas, kas iesaistītas cīņā par rediģēšanas superrīku komercializāciju, ir skaidri redzamas Beam Therapeutics IPO plānos, kas ir atsevišķs uzņēmums Liu, kas dibināts, lai strādātu pie pamata rediģēšanas, un tas ir palīdzējis arī uzlabot galveno rediģēšanu. Paredzams, ka Hārvardas pētnieka finansiālais ieguldījums šajā gēnu rediģēšanas jaunizveidotajā uzņēmumā, kura mērķis ir ārstēt tādas asins slimības kā sirpjveida šūnas, būs vairāk nekā 50 miljoni ASV dolāru, kad Beam nonāks biržā.

Solījums potenciāli atrisināt visu iedzimto cilvēku slimību spektru ir milzīgs, taču praksē tas joprojām ir tālu. Rediģēšanas rīki nav kā aspirīns, maza molekula, kas viegli ieslīd šūnās. Galvenais redaktors molekulārā izteiksmē ir gigantisks, tāpēc, lai to iekļūtu cilvēku šūnās, būs nepieciešams kaut kas līdzīgs gēnu terapijai.

Pētījumu apmaksāja valdība un filantropi, un tos veica Hārvardā un bezpeļņas Broad Institute. Sistēma būs pieejama tikai par dažiem dolāriem, izmantojot klīringa centru Addgene ikvienam, kas to vēlas izmantot pamatzinātnēs.

Tā kā CRISPR 1.0, pamata rediģēšanai un galvenajai rediģēšanai ir daži plusi un mīnusi, Liu sagaida, ka visi tiks izmantoti. Izmantojot primāro rediģēšanu, ne katra šūna veic vēlamās izmaiņas — tas nozīmē, ka tā vēl nav tik efektīva, kā pētnieki vēlētos.

Šis ir drīzāk sākums, nevis beigas, Liu sacīja žurnālistiem Nature organizētajā konferences sarunā. Ja CRISPR ir kā šķēres, pamata redaktori ir kā zīmulis. Tad jūs varat iedomāties galvenos redaktorus, piemēram, vārdu procesoru, kas spēj precīzi meklēt un aizstāt... Visiem būs lomas.

Kad genoma rediģēšana kļūst arvien spēcīgāka, pretrunas par noteiktiem potenciālajiem lietojumiem, piemēram, dizaineru mazuļu, ģenētisku pesticīdu vai pat bioteroru ieroču izgatavošanu, visticamāk, saasināsies.

Liu neatbildēja uz jautājumiem par to, vai jaunajam spēcīgajam rīkam ir kādi trūkumi un kā finansiālie stimuli ietekmē izvēli izveidot un plaši izplatīt šos līdzekļus, kā mainīt molekulu, uz kuru balstās visa dzīve.

paslēpties