forskning

Leter du etter en motgift mot CRISPR: Er det mulig å reversere endringene i gener?

Når forskerne bak Manhattan-prosjektet,lære om ødeleggelsen av Hiroshima og Nagasaki, ble entusiastisk entusiasme erstattet av dystre anger. Det som begynte som en revolusjon innen fysikk, mutert i masseødeleggelsesvåpen - som det var umulig å forsvare. Biologisk sett har CRISPR den destruktive kraften av tilsvarende størrelse. Og forskere vil ikke ha historien til å gjenta igjen.

CRISPR: atomvåpen i biologiverdenen

Bare fem år etter at CRISPR ble åpnetByrået for avansert forsvarsforskning DARPA initierte Safe Gene Programmet: et samarbeid med syv ledende verdenseksperter innen genredigering, med sikte på å finne en rekke antidoter for CRISPR og forbedre mulighetene for å redigere gener i rom og tid.

Poenget er ikke å mate offentlighetenfrykt for et kraftig verktøy; heller, du må se potensielle farer på forhånd og finne forebyggende tiltak eller motforanstaltninger. Hvis CRISPR er Pandoras biologiske boks, er den allerede åpen: CRISPR-tester hos mennesker har begynt i klinikker; I laboratoriet blir teknologien genegenskaper som kan ødelegge hele arten. Målet med Safe Genes er å finne en måte, eller mange måter å slam boksen igjen.

I forrige uke begynte søket etter en CRISPR-motgiftenda mer aktiv. Et team ledet av Dr. Amit Choudhary fra Wroth Institute ved Massachusetts Institute of Technology, medlem av Safe Genes, har utviklet en screeningsplattform for rask siktning av mer enn 10.000 små kjemikalier som reduserer aktiviteten til Cas9-saks.

Laget raffinerte strukturen til flerelovende kandidater for ytterligere å forbedre deres evne til å motvirke CRISPR, og har skapt to motgiftsmolekyler som hindrer Cas9 fra å binde seg til DNA-målet og kutte det. Under testene på humane celler i petriskåler passerte molekylene gjennom cellemembraner og på en pålitelig måte ødelagt CRISPR-aktivitet i flere minutter.

Disse stoffene er de aller første kandidatene - og dekan være enda mer giftig enn CRISPR, forfulgt i kroppen. Forskere må teste dem på dyr for å evaluere deres effektivitet og sikkerhet.

Men små stoffer som motvirkerCRISPR, selv den aller første, viser at titan CRISPR kan stoppes. Med screeningsplattformen er det en sjanse til å finne enda kraftigere "angre" knapper: kjemikalier som en dag kunne bli til skudd eller piller som blokkerer uønskede genredigeringsaktiviteter, i det medisinske feltet eller til og med i biologiske våpen.

"Disse resultatene legger grunnlaget for nøyaktig kjemisk kontroll av CRISPR / Cas9-aktiviteten, og baner vei for sikker bruk av slike teknologier," sier Choudhary.

Hva er allerede tilgjengelig for øyeblikket?

Choudhury er ikke den eneste fra Safe Genes-teamet som ser etter anti-CRISPR-molekyler.

I 2013, et annet medlem av prosjektet, Dr. JosephBondi-Denomi ved University of California, San Francisco, hjalp med å finne de første anti-CRISPR-legemidlene: store, klumpete proteiner som blokkerer Cas9-saksene, og tillater dem ikke å kjenne eller kontakte DNA-molekyler. Hans strålende ide var å gå tilbake til CRISPRs naturlige røtter som et system av bakterielt immunforsvar mot virus.

Kjernen tillater CRISPR bakterier å lagre"Kriminals fotokort" - viralt DNA - i sitt eget genom, slik at når viruset angriper igjen, kan Cas-saksene rive viruset i stykker. Men fagene savner heller ikke. I det evolusjonære løp utviklet de også gener som lager anti-CRISPR proteiner for å motvirke immunforsvaret av bakterier.

Slår til biologi av fag anti-CRISPR i 2012år, Bondi-Denomi fant flere nye proteiner som i stor grad hemmer aktiviteten til Cas12a - et alternativ til Cas9, som blir populær som et diagnostisk verktøy. Separat arbeidende Jennifer Dudna fra University of California i Berkeley, en av de første CRISPR-oppdagerne og også et medlem av prosjektet, brukte bioinformatikk til å spore opp en håndfull Cas12a-mordere som blokkerer genredigeringsaktivitet i menneskelige celler.

På den tiden sa Dudna at disse resultatene "baner vei for oppdagelsen av enda mer anti-CRISPR fra den mikrobielle verden."

Små lys

Og likevel er anti-CRISPR-proteiner ikke spesielt nyttige brytere i den virkelige verden.

Med proteiner vanskelig: De er store og klumpete, så de kan ikke trenge inn i cellene og bite inn i CRISPR-mekanismene. De er følsomme for endringer i temperatur og fordøyelse og lever ikke veldig lenge inne i kroppen. Mange av dem blir attraktive byttedyr for immunforsvaret, noe som kan utløse irriterende - om ikke farlige - allergiske reaksjoner.

Små molekyler, som regel, har ikke slike problemer.har. De er raske, billige og deres effekter er reversible. Vil du forstyrre CRISPR? Bare vent på at molekylene skal vaske ut. Men effektiv er veldig vanskelig å finne.

Det er her Chowdhurys screeningsplattform vil hjelpe.

Høyytelsessystem siver dusinvistusenvis av kjemikalier, ved hjelp av to tester, ser lovende ut. Først overvåker hun DNA-segmenter, knyttet til Cas9-saks med neonlys. DNA er merket med fluorescerende "pærer" som forandrer polarisering når de er koblet til Cas9, akkurat som polariserte glass endrer seg i sollys. Dette gjør at laget raskt kan spore om molekylet bryter Cas9s link til DNA.

For det andre bruker systemet automatiskmikroskoper som søker etter fluorescerende signaler i celler, ervervet eller tapt under aktiviteten til Cas9. I et av papirene brukte forskere celler som vanligvis lyser grønt til Cas9 kutter ut genet. Et potensielt anti-CRISPR-stoff vil tillate at celler forblir grønne, selv i nærvær av en dose CRISPR.

I prosessen har forskere identifisert molekyletBRD0539, som ikke tillater Cas9 å binde til mål-DNA-sekvensen. Legemiddelets handlinger var helt forutsigbare: jo høyere dose, desto sterkere undertrykte det CRISPRs aktivitet.

Disse resultatene bidrar allerede til å redusere bivirkninger.terapeutiske effekter av CRISPR. I celler reduserte dosen av et slikt stoff raskt evnen til å kutte Cas9 i en halv, noe som i sin tur reduserte den utilsiktede eksklusjonen av HBB - genet involvert i sickle-cell-anemi - fem ganger.

Det er ikke vanskelig å forestille seg en fremtid der duDu kan drikke en pille fra BRD0539 - eller den neste generasjonens kraftigere ekvivalent - for midlertidig å redusere eller stoppe CRISPR-tiltaket før det legges i kroppen din. Å være et lite molekyl, forblir stoffet stabilt i blodet ditt og trenger enkelt inn i cellene dine, og fungerer som brems når CRISPR er for sterk.

Tror du at CRISPR vil bli en atomvåpen i biologien? Del med oss ​​i vår chat i Telegram.