Ψάχνετε για ένα αντίδοτο στο CRISPR: είναι δυνατή η αντιστροφή των αλλαγών στα γονίδια;

Όταν οι επιστήμονες πίσω από το έργο του Μανχάταν,μαθαίνοντας για την καταστροφή της Χιροσίμα και του Ναγκασάκι, ο ενθουσιασμένος ενθουσιασμός αντικαταστάθηκε από τη ζοφερή λύπη. Αυτό που ξεκίνησε ως επανάσταση στον τομέα της φυσικής, μεταλλάχθηκε σε όπλα μαζικής καταστροφής - από τα οποία ήταν αδύνατο να υπερασπιστούμε. Από βιολογικής πλευράς, το CRISPR έχει την καταστροφική δύναμη παρόμοιας εμβέλειας. Και οι επιστήμονες δεν θέλουν να επαναληφθεί η ιστορία.

CRISPR: πυρηνικά όπλα στον κόσμο της βιολογίας

Μόλις πέντε χρόνια μετά το άνοιγμα του CRISPRΟ Οργανισμός Προηγμένης Έρευνας για την Άμυνα (DARPA) ξεκίνησε το Πρόγραμμα Safe Gene: μια συνεργασία επτά κορυφαίων εμπειρογνωμόνων παγκοσμίως στον τομέα της επεξεργασίας γονιδίων, με στόχο την εύρεση ποικίλων αντιδότων για το CRISPR και τη βελτίωση των δυνατοτήτων επεξεργασίας των γονιδίων στο διάστημα και στο χρόνο.

Το θέμα δεν είναι να τροφοδοτήσει το κοινόο φόβος ενός ισχυρού εργαλείου. μάλλον, πρέπει να βλέπετε πιθανούς κινδύνους εκ των προτέρων και να βρείτε προληπτικά μέτρα ή αντίμετρα. Εάν το CRISPR είναι το βιολογικό κιβώτιο της Πανδώρας, είναι ήδη ανοιχτό: οι εξετάσεις CRISPR στους ανθρώπους έχουν αρχίσει σε κλινικές. στο εργαστήριο, η τεχνολογία μετατρέπεται σε δίσκους γονιδίων που μπορούν να καταστρέψουν ολόκληρα είδη. Ο στόχος των ασφαλών γονιδίων είναι να βρούμε έναν τρόπο ή πολλούς τρόπους να χτυπήσουμε ξανά το κουτί.

Την περασμένη εβδομάδα άρχισε η αναζήτηση ενός αντιδότου CRISPRακόμα πιο ενεργή. Μια ομάδα με επικεφαλής τον Δρ Amit Choudhary του Ινστιτούτου Wroth στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, μέλος των Safe Genes, έχει αναπτύξει μια πλατφόρμα διαλογής για να κοσκινίσει γρήγορα πάνω από 10.000 μικρές χημικές ουσίες που μειώνουν τη δραστηριότητα του ψαλιδιού Cas9.

Η ομάδα βελτίωσε τη δομή πολλώνυποσχόμενους υποψήφιους για περαιτέρω ενίσχυση της ικανότητάς τους να αντισταθμίζουν CRISPR και δημιούργησε δύο μόρια αντίδοτων που εμποδίζουν την δέσμευση του Cas9 στο στόχο DNA και την κοπή του. Κατά τη διάρκεια δοκιμών σε ανθρώπινα κύτταρα σε τρυβλία Petri, τα μόρια διήλθαν μέσω κυτταρικών μεμβρανών και κατέστρεψαν αξιόπιστα τη δραστηριότητα CRISPR για αρκετά λεπτά.

Αυτά τα φάρμακα είναι οι πρώτοι υποψήφιοι - και αυτοίμπορεί να είναι ακόμα πιο τοξικό από ό, τι ακόμη και CRISPR, διωκόμενος μέσα στο σώμα. Οι επιστήμονες θα πρέπει να δοκιμάσουν τα ζώα για να αξιολογήσουν την αποτελεσματικότητα και την ασφάλειά τους.

Αλλά μικρά φάρμακα που αντισταθμίζουνΤο CRISPR, ακόμη και το πρώτο, αποδεικνύει ότι το CRISPR τιτανίου μπορεί να σταματήσει. Με την πλατφόρμα προβολής, υπάρχει η δυνατότητα να βρούμε ακόμη πιο ισχυρά κουμπιά "αναίρεση": χημικά που θα μπορούσαν κάποια μέρα να μετατραπούν σε λήψεις ή χάπια που εμποδίζουν ανεπιθύμητες δραστηριότητες επεξεργασίας γονιδίων, στον ιατρικό τομέα ή ακόμη και σε βιολογικά όπλα.

"Τα αποτελέσματα αυτά θέτουν τις βάσεις για ακριβή χημικό έλεγχο της δραστηριότητας CRISPR / Cas9, ανοίγοντας το δρόμο για την ασφαλή χρήση αυτών των τεχνολογιών", λέει ο Choudhary.

Τι είναι ήδη διαθέσιμη αυτή τη στιγμή;

Ο Choudhury δεν είναι ο μόνος από την ομάδα Safe Genes που αναζητά μόρια αντι-CRISPR.

Το 2013, ένα άλλο μέλος του έργου, ο Δρ. JosephΟ Bondi-Denomi του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο βοήθησε να βρεθούν τα πρώτα αντι-CRISPR φάρμακα: μεγάλες, αδέξια πρωτεΐνες που εμποδίζουν το ψαλίδι Cas9, που δεν τους επιτρέπει να γνωρίζουν ή να έρχονται σε επαφή με μόρια DNA. Η λαμπρή ιδέα του ήταν να επιστρέψει στις φυσικές ρίζες του CRISPR ως ένα σύστημα βακτηριακής ανοσολογικής άμυνας κατά των ιών.

Στον πυρήνα της, το CRISPR επιτρέπει στα βακτήρια να αποθηκεύουν"Η κάρτα φωτογραφιών του εγκληματία" - ιικό DNA - στο δικό του γονιδίωμα, έτσι ώστε όταν ο ιός επιτίθεται ξανά, το ψαλίδι Cas μπορεί να ρίξει τον ιό σε κομμάτια. Αλλά φάγοι επίσης δεν χάσετε. Στην εξελικτική φυλή, ανέπτυξαν επίσης γονίδια που δημιουργούν αντι-CRISPR πρωτεΐνες για να εξουδετερώσουν την ανοσολογική άμυνα των βακτηριδίων.

Όσον αφορά τη βιολογία του φάγου anti-CRISPR το 2012ο Bondi-Denomi βρήκε αρκετές νέες πρωτεΐνες που αναστέλλουν ευρέως τη δραστηριότητα του Cas12a - μια εναλλακτική λύση για το Cas9, το οποίο κερδίζει τη δημοτικότητα ως διαγνωστικό εργαλείο. Η ξεχωριστή δουλειά της Jennifer Dudna από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ, ένας από τους πρώτους ανακαλύπτους του CRISPR και επίσης μέλος του έργου, χρησιμοποίησε τη βιοπληροφορική για να εντοπίσει μια χούφτα δολοφόνων Cas12a που εμποδίζουν τη δραστηριότητα επεξεργασίας γονιδίων σε ανθρώπινα κύτταρα.

Εκείνη την εποχή, ο Dudna δήλωσε ότι αυτά τα αποτελέσματα "προετοιμάζουν το δρόμο για την ανακάλυψη ακόμη περισσότερο αντι-CRISPR από τον μικροβιακό κόσμο".

Μικρά φώτα

Και όμως, οι πρωτεΐνες anti-CRISPR δεν είναι ιδιαίτερα χρήσιμοι διακόπτες στον πραγματικό κόσμο.

Με πρωτεΐνες δύσκολη: είναι μεγάλα και αδέξια, έτσι δεν μπορούν να διεισδύσουν στα κύτταρα και να δαγκώσουν στους μηχανισμούς του CRISPR. Είναι ευαίσθητοι στις μεταβολές της θερμοκρασίας και της πέψης και δεν ζουν πολύ πολύ μέσα στο σώμα. Πολλοί από αυτούς γίνονται ελκυστικές θήρα για το ανοσοποιητικό μας σύστημα, το οποίο μπορεί να προκαλέσει αλλεργικές αντιδράσεις ερεθιστικές - αν όχι επικίνδυνες -.

Τα μικρά μόρια, κατά κανόνα, δεν έχουν τέτοια προβλήματα.έχουν Είναι γρήγοροι, φθηνοί και τα αποτελέσματά τους είναι αναστρέψιμα. Θέλετε να παρέμβετε στο CRISPR; Απλά περιμένετε τα μόρια να ξεπλυθούν. Αλλά αποτελεσματικό είναι πολύ δύσκολο να βρεθεί.

Αυτό είναι όπου η πλατφόρμα προβολής του Chowdhury θα βοηθήσει.

Το σύστημα υψηλών επιδόσεων ανεβάζει δεκάδεςχιλιάδες χημικές ουσίες, χρησιμοποιώντας δύο δοκιμές, αναζητώντας πολλά υποσχόμενη. Πρώτον, παρακολουθεί τμήματα DNA, δεμένα με ψαλίδια Cas9 με φώτα νέον. Το DNA επισημαίνεται με λαμπτήρες φθορισμού που αλλάζουν πόλωση όταν συνδέονται με το Cas9, ακριβώς όπως και τα πολωμένα γυαλιά αλλάζουν στο ηλιακό φως. Αυτό επιτρέπει στην ομάδα να παρακολουθεί γρήγορα αν το μόριο σπάσει τη σύνδεση του Cas9 με το DNA.

Δεύτερον, το σύστημα χρησιμοποιεί αυτόματαμικροσκόπια που αναζητούν φθορίζοντα σήματα σε κύτταρα, που αποκτήθηκαν ή χάθηκαν κατά τη διάρκεια της δραστηριότητας του Cas9. Σε μια από τις εφημερίδες, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν κύτταρα τα οποία συνήθως ανάβουν πράσινα μέχρις ότου το Cas9 κόβει το γονίδιο. Ένα πιθανό φάρμακο κατά του CRISPR θα επιτρέψει στα κύτταρα να παραμείνουν πράσινα ακόμη και με την παρουσία μιας δόσης CRISPR.

Στη διαδικασία, οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει το μόριοBRD0539, το οποίο δεν επιτρέπει στο Cas9 να συνδέεται προς την αλληλουχία του ϋΝΑ στόχου. Οι ενέργειες του φαρμάκου ήταν εντελώς προβλέψιμες: όσο μεγαλύτερη ήταν η δόση, τόσο πιο έντονα καταστέλλει τη δραστηριότητα του CRISPR.

Αυτά τα αποτελέσματα ήδη βοηθούν στη μείωση των παρενεργειών.θεραπευτικές επιδράσεις του CRISPR. Σε κύτταρα, η δόση του φαρμάκου μειώνεται γρήγορα ικανότητα κοπής Cas9 ήμισυ, η οποία, με τη σειρά του, μείωσε την ακούσια HBB κοπής - ένα γονίδιο που εμπλέκεται στη δρεπανοκυτταρική αναιμία - πέντε φορές.

Δεν είναι δύσκολο να φανταστείτε ένα μέλλον στο οποίο εσείςΜπορείτε να πιείτε ένα χάπι από το BRD0539 - ή το πιο ισχυρό ισοδύναμο της επόμενης γενιάς - για να μειώσετε προσωρινά ή να σταματήσετε τη δράση CRISPR πριν το εμποδίσει στο σώμα σας. Όντας ένα μικρό μόριο, το φάρμακο παραμένει σταθερό στο αίμα σας και διεισδύει εύκολα στα κύτταρα σας, ενεργώντας ως φρένο όταν το CRISPR είναι πολύ ισχυρό.

Πιστεύετε ότι το CRISPR θα γίνει πυρηνική βόμβα στον κόσμο της βιολογίας; Μοιραστείτε μαζί μας στη συνομιλία μας στο Telegram.