Програмируемо генно редактиране: Търсенето на високопрецизно генно редактиране

• Автор:
• име Автор

  Quantumrun Foresight
• Декември 19, 2022

Резюме на прозрението

Редактирането на гени доведе до вълнуващи открития в генетичните терапии, като потенциално „поправяне“ на ракови и мутирали клетки. Учените обаче проучват по-добри начини за по-точно насочване на клетките чрез естествени процеси на генетично редактиране. Дългосрочните последици от програмируемото редактиране на гени могат да включват увеличено финансиране на генетични изследвания и по-добри инструменти за персонализирана медицина.

Програмируем контекст за редактиране на гени

Редактирането на генома е мощна техника, която позволява на учените да правят целенасочени промени в генетичния код на организма. Този метод може да бъде постигнат по няколко различни начина, включително въвеждането на прекъсвания на ДНК или мутации чрез използването на проектирани специфични за последователността нуклеази (SSN).

Чрез индуциране на двойноверижни прекъсвания (DSBs) в генома учените могат да използват програмирани SSNs за насочване към конкретни сайтове. След това тези DSBs се поправят от клетъчни ДНК механизми, като нехомоложно крайно свързване (NHEJ) и ремонт, насочен към хомология (HDR). Докато NHEJ обикновено води до неточни вмъквания или изтривания, които могат да нарушат генната функция, HDR може да въведе точни промени и потенциално да коригира генетични мутации.

Инструментът за редактиране на ген CRISPR е най-широко използваният в тази област, включващ водач (gRNA) и ензима Cas9 за „отрязване“ на проблемни нишки. Има няколко потенциални ползи от използването на тази техника, включително лечение на заболявания като рак и ХИВ (вирус на човешка имунна недостатъчност) и разработване на нови терапии за други заболявания. Съществуват обаче и рискове, като например възможността специфични редакции да въведат вредни мутации в ДНК на организма. 

През 2021 г. вече имаше 30 уеб базирани софтуерни платформи, предназначени за програмиране на gRNA, според проучване, публикувано в списание Trends in Plant Science. Тези програми имат различни нива на сложност, като някои позволяват на учените да качват широка гама от последователности. Освен това някои инструменти могат да определят нецелевите мутации.

Разрушително въздействие

През 2021 г. учени от Масачузетския технологичен институт (MIT) и Харвардския университет откриха нов клас програмируеми системи за модифициране на ДНК, наречени OMEGAs (Obligate Mobile Element Guided Activity), които не използват технологията CRISPR. Тези системи могат естествено да разбъркват малки части от ДНК в бактериалните геноми. Това откритие отваря уникална област на биологията, която може да издигне технологията за редактиране на генома от изчислен риск до по-предвидим процес.

Тези ензими са малки, което ги прави по-лесни за доставяне до клетките, отколкото по-обемистите ензими, и могат бързо да бъдат адаптирани за различни приложения. Например ензимите CRISPR използват gRNA за насочване и унищожаване на вирусни нашественици. Въпреки това, чрез изкуствено генериране на техните gRNA последователности, биолозите вече могат да насочват ръководството за ензим Cas9 към всяка желана цел. Лекотата, с която тези ензими могат да бъдат програмирани, ги прави мощен инструмент за модифициране на ДНК и предполага, че изследователите могат да ги използват при разработването на терапии за редактиране на гени. 

Друго обещаващо изследователско направление в програмируемото редактиране на гени е twin prime editing, инструмент, базиран на CRISPR, разработен от учени от Харвард през 2022 г. Новата техника позволява големи парчета ДНК с размер на ген да бъдат манипулирани в човешките клетки, без да се разрязва двойната спирала на ДНК. Правенето на по-големи редакции от възможното преди това може да позволи на учените да изучават и лекуват генетични заболявания, произтичащи от загуба на генна функция или сложни структурни мутации, като хемофилия или синдром на Хънтър.

Последици от програмируемото редактиране на гени

По-широките последици от програмируемото редактиране на гени могат да включват: 

• Увеличено финансиране на изследванията за генетично редактиране, целящи разнообразяване на използваните техники за откриване на по-точни и по-безопасни методи за грижа.
• Напредъкът на персонализираната медицина чрез целеви генетични и болестни терапии.
• Биотехнологични фирми, разработващи по-добър софтуер за автоматизация и прецизност на генетичното редактиране.
• Някои правителства увеличават своето финансиране и изследвания в областта на генетичното редактиране чрез прилагане на различни пилотни тестове в терапиите на рак.
• По-голяма продължителност на живота за хората, родени с генетични мутации.
• Нови генетични инструменти, преназначени за справяне с вредни заболявания и мутации при животните и растителните видове.

Въпроси за разглеждане

• Как иначе мислите, че програмируемото генетично редактиране може да революционизира здравеопазването?
• Какво могат да направят правителствата, за да гарантират, че тези терапии са достъпни за всички?