tutkimus

Etsitkö vastalääkettä CRISPR: lle: onko mahdollista muuttaa geenien muutokset?

Kun tutkijat ovat Manhattan-projektin takana,Hiroshiman ja Nagasakin tuhoamisen oppiminen, innostunut innostus korvattiin synkällä pahoillani. Mikä alkoi vallankumouksena fysiikan alalla, muteutui joukkotuhoaseisiin, josta ei ollut mahdollista puolustaa. Biologisesti ottaen CRISPR: llä on saman suuruinen tuhoava voima. Ja tiedemiehet eivät halua historian toistuvan.

CRISPR: ydinaseet biologian maailmassa

Vain viisi vuotta CRISPRin avaamisen jälkeenAdvanced Defense Research Agency DARPA käynnisti Safe Gene -ohjelman: seitsemän johtavan maailman asiantuntijan yhteistyötä geenin muokkauksen alalla, jonka tavoitteena on löytää monenlaisia ​​vastalääkkeitä CRISPR: lle ja parantaa geenien muokkausmahdollisuuksia avaruudessa ja ajassa.

Tarkoituksena ei ole ruokkia yleisöäpelko tehokkaasta työkalusta; pikemminkin sinun täytyy nähdä mahdolliset vaarat etukäteen ja löytää ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä tai vastatoimia. Jos CRISPR on Pandoran biologinen laatikko, se on jo auki: CRISPR-testit ihmisissä ovat alkaneet klinikoissa; laboratoriossa teknologia muuttuu geenikäyttöiksi, jotka voivat tuhota koko lajin. Safe Genesin tavoitteena on löytää tapa tai monia tapoja slamata laatikko uudelleen.

Viime viikolla alkoi etsiä CRISPR-vastalääkevielä aktiivisempi. Safe Genesin jäsenen Massachusetts Institute of Technologyn Wroth-instituutin tohtori Amit Choudharyn johtama tiimi on kehittänyt "seulonta" -alustan, jolla seuloo nopeasti yli 10 000 pientä kemikaalia, jotka vähentävät Cas9-saksien toimintaa.

Tiimi kehitti usean rakenteenlupaavia ehdokkaita parantamaan edelleen kykyään torjua CRISPR: ää ja on luonut kaksi vastamolekyyliä, jotka estävät Cas9: n sitoutumasta DNA-kohteeseen ja leikkaamalla sen. Testien aikana ihmisen soluissa Petri-maljoissa molekyylit kulkivat solukalvojen läpi ja tuhosivat luotettavasti CRISPR-aktiivisuuden useita minuutteja.

Nämä lääkkeet ovat ensimmäisiä ehdokkaita - ja hevoi olla vieläkin myrkyllisempi kuin jopa CRISPR, jota vainotaan kehossa. Tutkijoiden on testattava ne eläimillä niiden tehokkuuden ja turvallisuuden arvioimiseksi.

Mutta pienet lääkkeet, jotka vastustavatCRISPR, jopa aivan ensimmäinen, osoittaa, että titaani CRISPR voidaan pysäyttää. Seulonta-alustalla on mahdollisuus löytää vielä tehokkaampia ”undo” -painikkeita: kemikaaleja, jotka voisivat jonain päivänä muuttua laukauksiksi tai pillereiksi, jotka estävät ei-toivottuja geenien muokkaustoimintoja lääketieteen alalla tai jopa biologisissa aseissa.

”Nämä tulokset luovat perustan CRISPR / Cas9-toiminnan tarkalle kemialliselle kontrolloinnille, mikä mahdollistaa tietä tällaisten teknologioiden turvalliselle käytölle”, Choudhary sanoo.

Mikä on jo saatavilla tällä hetkellä?

Choudhury ei ole ainoa Safe Genes -tiimistä, joka etsii anti-CRISPR-molekyylejä.

Vuonna 2013 hankkeen toinen jäsen, tohtori JosephKalifornian yliopiston Bondi-Denomi, San Franciscon, auttoi löytämään ensimmäiset CRISPR-lääkkeet: suuret, kömpelöivät proteiinit, jotka estävät Cas9-sakset, eivätkä anna heidän tietää tai ottaa yhteyttä DNA-molekyyleihin. Hänen loistava ajatuksensa oli palata CRISPRin luonnollisiin juuriin, joka on bakteeri-immuunipuolustuksen järjestelmä viruksia vastaan.

CRISPR: n ytimessä bakteerit voivat säilyttää"Rikollisen valokuvakortti" - virus DNA - oma genomi, niin että kun virus hyökkää uudelleen, Cas-sakset voivat repiä viruksen palasiksi. Mutta faagit eivät myöskään unohda. Evoluution rodussa he kehittivät myös geenejä, jotka luovat anti-CRISPR-proteiineja bakteerien immuunipuolustuksen torjumiseksi.

Siirrytään faagin anti-CRISPR: n biologiaan vuonna 2012vuosi, Bondi-Denomi löysi useita uusia proteiineja, jotka inhiboivat yleisesti Cas12a: n, joka on vaihtoehto Cas9: lle, aktiivisuutta. Erillisesti työskentelevä Jennifer Dudna Kalifornian yliopistosta Berkeleyssä, yksi ensimmäisistä CRISPR-löytöistä ja myös projektin jäsen, käytti bioinformatiikkaa jäljittämään kourallinen Cas12a-tappajia, jotka estävät geenin muokkaustoiminnan ihmissoluissa.

Tuolloin Dudna sanoi, että nämä tulokset "helpottavat tietä vielä enemmän anti-CRISPR: ää mikrobiomaailmasta".

Tiny valot

Silti anti-CRISPR-proteiinit eivät ole erityisen hyödyllisiä kytkimiä reaalimaailmassa.

Vaikeilla proteiineilla: ne ovat suuria ja kömpelöjä, joten ne eivät voi tunkeutua soluihin ja purkaa CRISPR-mekanismeihin. Ne ovat herkkiä lämpötilan ja ruoansulatuksen muutoksille eivätkä elää hyvin pitkään kehon sisällä. Monet niistä ovat houkuttelevia saalista immuunijärjestelmämme kannalta, mikä voi aiheuttaa ärsyttäviä - tai ei vaarallisia - allergisia reaktioita.

Pienillä molekyyleillä ei yleensä ole tällaisia ​​ongelmia.on. Ne ovat nopeita, halpoja ja niiden vaikutukset ovat palautuvia. Haluatko puuttua CRISPRiin? Odota, että molekyylit peseytyvät. Mutta tehokasta on vaikea löytää.

Siellä Chowdhuryn seulontalauta auttaa.

Korkean suorituskyvyn järjestelmä nostaa kymmeniätuhansia kemikaaleja käyttäen kahta testiä, jotka näyttävät lupaavilta. Ensinnäkin hän seuraa DNA-segmenttejä, jotka ovat sidottuina neonvalaisimilla varustettuihin Cas9-saksiin. DNA leimataan fluoresoivilla "hehkulampuilla", jotka muuttavat polarisaatiota, kun ne kytketään Cas9: ään, aivan kuten polarisoidut lasit muuttuvat auringonvalossa. Näin joukkue voi seurata nopeasti, onko molekyyli rikkonut Cas9: n linkin DNA: han.

Toiseksi järjestelmä käyttää automaattistamikroskoopit, jotka etsivät fluoresoivia signaaleja soluissa, jotka on hankittu tai menetetty Cas9: n aktiivisuuden aikana. Eräässä paperissa tutkijat käyttivät soluja, jotka yleensä hehkuvat vihreiksi, kunnes Cas9 katkaisee geenin. Mahdollinen anti-CRISPR-lääke sallii solujen pysymisen vihreinä jopa CRISPR-annoksen läsnä ollessa.

Prosessissa tutkijat ovat tunnistaneet molekyylinBRD0539, joka ei salli Cas9: n sitoutumista kohde-DNA-sekvenssiin. Lääkkeen toimet olivat täysin ennustettavissa: mitä suurempi annos, sitä voimakkaammin se tukahdutti CRISPR: n aktiivisuuden.

Nämä tulokset auttavat jo vähentämään sivuvaikutuksia.CRISPR: n terapeuttiset vaikutukset. Soluissa tällaisen lääkeaineen annos alensi nopeasti Cas9: n leikkauskykyä puoleen, mikä puolestaan ​​pienensi HBB: n tahdistamatonta leikkausta - sirppisolun anemiaan liittyvää geeniä - viisi kertaa.

Ei ole vaikea kuvitella tulevaisuutta, jossa sinäVoit juoda pillereitä BRD0539: stä - tai seuraavan sukupolven voimakkaammasta vastaavasta - väliaikaisesti vähentääksesi tai pysäyttääksesi CRISPR-toiminnon ennen kuin se viedään kehoon. Pienenä molekyylinä lääke pysyy vakaana veressäsi ja tunkeutuu helposti soluihinne ja toimii jarruina, kun CRISPR on liian voimakas.

Luuletko, että CRISPRistä tulee ydinpommi biologian maailmassa? Jaa kanssamme keskustelussa puhelinnumerossa.