Forskning

Leder du efter en modgift til CRISPR: er det muligt at vende forandringer i generne?

Da forskerne bag Manhattan-projektet,lære om ødelæggelsen af ​​Hiroshima og Nagasaki, blev entusiastisk entusiasme erstattet af dyster beklagelse. Hvad begyndte som en revolution inden for fysik, muteret i masseødelæggelsesvåben - hvorfra det var umuligt at forsvare. Biologisk set har CRISPR den ødelæggende kraft af samme størrelse. Og forskere ønsker ikke at historien gentages igen.

CRISPR: atomvåben i biologien verden

Bare fem år efter åbningen af ​​CRISPRAgenturet for avanceret forsvarsforskning DARPA indledte Safe Gene Programmet: et samarbejde mellem syv førende verdenseksperter inden for genredigering med det formål at finde en række antidoter til CRISPR og forbedre mulighederne for redigering af gener i rum og tid.

Pointen er ikke at fodre offentlighedenfrygt for et stærkt værktøj; Du skal snarere se potentielle farer på forhånd og finde forebyggende foranstaltninger eller modforanstaltninger. Hvis CRISPR er Pandoras biologiske boks, er den allerede åben: CRISPR test hos mennesker er begyndt i klinikker; I laboratoriet bliver teknologi til gendrev, som kan ødelægge hele arter. Målet med Safe Genes er at finde en vej eller mange måder at slam boksen igen.

I sidste uge begyndte søgningen efter en CRISPR-modgiftendnu mere aktiv. Et team ledet af Dr. Amit Choudhary fra Wroth Institute ved Massachusetts Institute of Technology, medlem af Safe Genes, har udviklet en screeningsplatform til hurtig sigtning af mere end 10.000 små kemikalier, der reducerer aktiviteten hos Cas9 saks.

Holdet raffinerede strukturen af ​​flerelovende kandidater til yderligere at forbedre deres evne til at modvirke CRISPR og har skabt to modgiftsmolekyler, som forhindrer Cas9 i at binde til DNA-målet og skære det. Under test på humane celler i petriskåle passerede molekylerne gennem cellemembraner og ødelagde CRISPR-aktivitet pålideligt i flere minutter.

Disse stoffer er de allerførste kandidater - og dekan være endnu mere giftig end endda CRISPR, forfulgt i kroppen. Forskere bliver nødt til at teste dem på dyr for at vurdere deres effektivitet og sikkerhed.

Men små stoffer, der modvirkerCRISPR, selv den allerførste, viser at titanium CRISPR kan stoppes. Med screeningsplatformen er der en chance for at finde endnu mere magtfulde "undo" knapper: kemikalier, der på en dag kan blive til skud eller piller, der blokerer uønskede genredigeringsaktiviteter, på det medicinske område eller endog i biologiske våben.

"Disse resultater ligger til grund for nøjagtig kemisk kontrol af CRISPR / Cas9-aktiviteter, der baner vejen for sikker anvendelse af sådanne teknologier," siger Choudhary.

Hvad er der allerede til rådighed i øjeblikket?

Choudhury er ikke den eneste fra Safe Genes-teamet, der søger anti-CRISPR-molekyler.

I 2013, et andet medlem af projektet, Dr. JosephBondi-Denomi fra University of California, San Francisco, hjalp med at finde de første anti-CRISPR-lægemidler: store klumpete proteiner, der blokkerer Cas9-saksen, hvilket ikke tillader dem at kende eller kontakte DNA-molekyler. Hans strålende idé var at vende tilbage til CRISPRs naturlige rødder som et system af bakterielt immunforsvar mod virus.

Kernen giver CRISPR mulighed for at opbevare bakterier"Kriminals fotokort" - viral DNA - i sit eget genom, så at når viruset angriber igen, kan Cas saks rive viruset i stykker. Men fager savner heller ikke. I det evolutionære løb udviklede de også gener, der skaber anti-CRISPR proteiner til at modvirke bakteriens immunforsvar.

Omkring biologi af fag anti-CRISPR i 2012år fandt Bondi-Denomi flere nye proteiner, der i høj grad hæmmer aktiviteten af ​​Cas12a - et alternativ til Cas9, som er ved at blive populær som et diagnostisk værktøj. Separat arbejdet Jennifer Dudna fra University of California i Berkeley, en af ​​de første CRISPR-opdagere og også et projektdeltager, brugte bioinformatik til at spore en håndfuld Cas12a-killere, der blokerer genredigeringsaktivitet i humane celler.

På det tidspunkt sagde Dudna, at disse resultater "baner vejen for opdagelsen af ​​endnu mere anti-CRISPR fra den mikrobielle verden."

Lille lys

Og alligevel er anti-CRISPR-proteiner ikke særlig nyttige omskiftere i den virkelige verden.

Med proteiner svært: de er store og klumpete, så de kan ikke trænge ind i cellerne og bide ind i mekanismerne i CRISPR. De er følsomme for ændringer i temperatur og fordøjelse og lever ikke meget lang inde i kroppen. Mange af dem bliver attraktive bytte for vores immunforsvar, som kan udløse irriterende - hvis ikke farlige - allergiske reaktioner.

Små molekyler har som regel ikke sådanne problemer.har. De er hurtige, billige og deres virkninger er reversible. Vil du forstyrre CRISPR? Vent bare på, at molekylerne vasker ud. Men effektiv er meget svært at finde.

Det er her, hvor Chowdhury's screening platform vil hjælpe.

Højtydende system siver snesevistusindvis af kemikalier, der bruger to test, ser lovende ud. For det første overvåger hun DNA-segmenter, der er bundet til Cas9-saks med neonlamper. DNA er mærket med fluorescerende "pærer", der ændrer polarisering, når de er koblet til Cas9, ligesom polariserede briller ændrer sig i sollys. Dette gør det muligt for holdet hurtigt at spore om molekylet bryder Cas9s link til DNA.

For det andet bruger systemet automatiskmikroskoper, der søger fluorescerende signaler i celler, erhvervet eller tabt under aktiviteten af ​​Cas9. I et af papirerne brugte forskere celler, der normalt lyser grønt, indtil Cas9 udskærer genet. Et potentielt anti-CRISPR-lægemiddel vil give cellerne mulighed for at forblive grøn selv i nærvær af en dosis CRISPR.

I processen har forskere identificeret molekyletBRD0539, som ikke tillader Cas9 at binde til mål-DNA-sekvensen. Lægemidlets handlinger var fuldstændig forudsigelige. Jo højere dosis, desto stærkere undertrykte CRISPR's aktivitet.

Disse resultater hjælper allerede med at reducere bivirkninger.terapeutiske virkninger af CRISPR. I celler reducerede dosen af ​​et sådant lægemiddel hurtigt evnen til at skære Cas9 i halvdelen, hvilket igen reducerede den utilsigtede udskæring af HBB - genet involveret i sickle-cell-anæmi - fem gange.

Det er ikke svært at forestille sig en fremtid, hvor duDu kan drikke en pille fra BRD0539 - eller den næste generations stærkere ækvivalent - for midlertidigt at reducere eller standse CRISPR-aktionen, inden den smides i din krop. At være et lille molekyle forbliver stoffet stabilt i dit blod og nemt trænger ind i dine celler, der fungerer som en bremse, når CRISPR er for stærk.

Tror du, at CRISPR bliver en atombombe i biologiens verden? Del med os i vores chat i Telegram.