Programabilno uređivanje gena: Potraga za visoko preciznim uređivanjem gena

• Autor:
• Ime autora

  Quantumrun Foresight
• Decembar 19, 2022

Sažetak uvida

Uređivanje gena dovelo je do uzbudljivih otkrića u genetskim terapijama, kao što je potencijalno "popravljanje" kancerogenih i mutiranih ćelija. Međutim, naučnici istražuju bolje načine da preciznije ciljaju ćelije kroz prirodne procese genetskog uređivanja. Dugoročne implikacije programabilnog uređivanja gena mogle bi uključiti povećano finansiranje genetskih istraživanja i bolje alate za personaliziranu medicinu.

Programabilni kontekst za uređivanje gena

Uređivanje genoma je moćna tehnika koja omogućava naučnicima da izvrše ciljane promjene u genetskom kodu organizma. Ova metoda se može postići na nekoliko različitih načina, uključujući uvođenje prekida DNK ili mutacija korištenjem dizajniranih nukleaza specifičnih za sekvencu (SSN).

Indukcijom dvolančanih prekida (DSB) unutar genoma, naučnici mogu koristiti programirane SSN-ove za ciljanje na određena mjesta. Ovi DSB se zatim popravljaju mehanizmima stanične DNK, kao što je nehomologno spajanje krajeva (NHEJ) i popravka usmjerena na homologiju (HDR). Dok NHEJ obično rezultira nepreciznim umetanjima ili delecijama koje mogu poremetiti funkciju gena, HDR može uvesti precizne promjene i potencijalno ispraviti genetske mutacije.

Alat za uređivanje gena CRISPR se najviše koristi u ovoj oblasti, uključujući vodič (gRNA) i enzim Cas9 za "odsjecanje" problematičnih niti. Postoji nekoliko potencijalnih prednosti korištenja ove tehnike, uključujući liječenje bolesti poput raka i HIV-a (virus humane imunodeficijencije) i razvoj novih terapija za druge poremećaje. Međutim, povezani su i rizici, kao što je mogućnost da određene izmjene mogu unijeti štetne mutacije u DNK organizma. 

Godine 2021. već je postojalo 30 softverskih platformi zasnovanih na webu dizajniranih za programiranje gRNA, prema studiji objavljenoj u časopisu Trends in Plant Science. Ovi programi imaju različite nivoe složenosti, a neki omogućavaju naučnicima da učitaju širok spektar sekvenci. Osim toga, neki alati mogu odrediti mutacije izvan cilja.

Ometajući uticaj

2021. godine, naučnici sa Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Univerziteta Harvard otkrili su novu klasu programabilnih sistema za modifikaciju DNK pod nazivom OMEGA (Obligate Mobile Element Guided Activity) koji ne koristi CRISPR tehnologiju. Ovi sistemi mogu prirodno miješati male dijelove DNK kroz bakterijske genome. Ovo otkriće otvara jedinstveno područje biologije koje može podići tehnologiju za uređivanje genoma od proračunatog rizika do predvidljivijeg procesa.

Ovi enzimi su mali, što ih čini lakšim za isporuku u ćelije od glomaznijih enzima, i mogu se brzo prilagoditi za različite namjene. Na primjer, CRISPR enzimi koriste gRNA za ciljanje i uništavanje virusnih napadača. Međutim, umjetnim generiranjem njihovih gRNA sekvenci, biolozi sada mogu usmjeriti vodič za enzim Cas9 na bilo koju željenu metu. Lakoća s kojom se ovi enzimi mogu programirati čini ih moćnim alatom za modificiranje DNK i sugerira da bi ih istraživači mogli koristiti u razvoju terapija za uređivanje gena. 

Još jedan obećavajući pravac istraživanja u programibilnom uređivanju gena je twin prime editing, alat zasnovan na CRISPR-u koji su razvili naučnici sa Harvarda 2022. Nova tehnika omogućava manipulaciju velikim komadima DNK veličine gena u ljudskim ćelijama bez rezanja dvostruke spirale DNK. Izrada većih izmjena nego što je ranije bilo moguće moglo bi omogućiti naučnicima da proučavaju i liječe genetske bolesti koje su rezultat gubitka funkcije gena ili složenih strukturnih mutacija, kao što su hemofilija ili Hunterov sindrom.

Implikacije programabilnog uređivanja gena

Šire implikacije programabilnog uređivanja gena mogu uključivati: 

• Povećano finansiranje istraživanja genetskog uređivanja s ciljem diverzifikacije tehnika koje se koriste za otkrivanje preciznijih i sigurnijih metoda njege.
• Napredak personalizirane medicine kroz ciljane genetske terapije i terapije bolesti.
• Biotehnološke firme koje razvijaju bolji softver za automatizaciju i preciznost genetskog uređivanja.
• Neke vlade povećavaju svoje financiranje i istraživanja u genetskom uređivanju implementacijom različitih pilot testova u terapijama raka.
• Duži životni vijek za osobe rođene s genetskim mutacijama.
• Novi genetski alati prenamijenjeni za rješavanje štetnih bolesti i mutacija kod životinja i biljnih vrsta.

Pitanja koja treba razmotriti

• Kako inače mislite da programibilno genetsko uređivanje može revolucionirati zdravstvenu zaštitu?
• Šta vlade mogu učiniti kako bi osigurale da su ove terapije dostupne svima?