Programovatelné úpravy genů: Hledání vysoce přesné úpravy genů

• Autor:
• jméno autora

  Quantumrun Foresight
• 19. prosince 2022

Shrnutí statistik

Editace genů vedla k vzrušujícím objevům v genetických terapiích, jako je potenciálně „opravování“ rakovinných a mutovaných buněk. Vědci však zkoumají lepší způsoby, jak přesněji cílit na buňky prostřednictvím přirozeně se vyskytujících procesů genetické úpravy. Dlouhodobé důsledky programovatelné genové editace by mohly zahrnovat zvýšené financování genetického výzkumu a lepší nástroje pro personalizovanou medicínu.

Programovatelný kontext editace genů

Editace genomu je výkonná technika, která umožňuje vědcům provádět cílené změny v genetickém kódu organismu. Této metody lze dosáhnout několika různými způsoby, včetně zavedení zlomů nebo mutací DNA pomocí geneticky upravených sekvenčně specifických nukleáz (SSN).

Vyvoláním dvouřetězcových zlomů (DSB) v genomu mohou vědci použít naprogramované SSN k cílení na konkrétní místa. Tyto DSB jsou pak opraveny buněčnými mechanismy DNA, jako je nehomologní spojování konců (NHEJ) a homologicky řízená oprava (HDR). Zatímco NHEJ obvykle vede k nepřesným inzercím nebo delecím, které mohou narušit funkci genu, HDR může zavést přesné změny a potenciálně opravit genetické mutace.

Nástroj pro úpravu genu CRISPR je v této oblasti nejrozšířenější a zahrnuje průvodce (gRNA) a enzym Cas9 k „odříznutí“ problematických vláken. Použití této techniky má několik potenciálních výhod, včetně léčby nemocí, jako je rakovina a HIV (virus lidské imunodeficience) a vývoje nových terapií pro další poruchy. S tím jsou však spojena i rizika, jako je možnost, že by specifické úpravy mohly zanést škodlivé mutace do DNA organismu. 

V roce 2021 již existovalo 30 webových softwarových platforem určených k programování gRNA, podle studie zveřejněné v časopise Trends in Plant Science. Tyto programy mají různou úroveň složitosti, přičemž některé umožňují vědcům nahrát širokou škálu sekvencí. Některé nástroje navíc mohou určit mutace mimo cíl.

Rušivý dopad

V roce 2021 objevili vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT) a Harvardské univerzity novou třídu programovatelných systémů modifikujících DNA nazvanou OMEGA (Obligate Mobile Element Guided Activity), která nepoužívá technologii CRISPR. Tyto systémy mohou přirozeně míchat malé kousky DNA v bakteriálních genomech. Tento objev otevírá jedinečnou oblast biologie, která může povýšit technologii úpravy genomu z kalkulovaného rizika na předvídatelnější proces.

Tyto enzymy jsou malé, takže se snáze dodávají do buněk než objemnější enzymy a lze je rychle přizpůsobit pro různá použití. Například enzymy CRISPR používají gRNA k zacílení a zničení virových útočníků. Umělým generováním jejich sekvencí gRNA však nyní biologové mohou nasměrovat průvodce enzymem Cas9 na jakýkoli požadovaný cíl. Snadnost, s jakou lze tyto enzymy naprogramovat, z nich dělá mocný nástroj pro modifikaci DNA a naznačuje, že by je výzkumníci mohli použít při vývoji terapií pro úpravu genů. 

Dalším slibným výzkumným směrem v oblasti programovatelné genové editace je twin prime editace, nástroj založený na CRISPR vyvinutý vědci z Harvardu v roce 2022. Nová technika umožňuje manipulaci s velkými kusy DNA o velikosti genu v lidských buňkách bez řezání dvojité šroubovice DNA. Větší úpravy, než bylo dříve možné, by vědcům umožnilo studovat a léčit genetická onemocnění vyplývající ze ztráty funkce genu nebo komplexních strukturálních mutací, jako je hemofilie nebo Hunterův syndrom.

Důsledky programovatelné genové editace

Širší důsledky programovatelné genové editace mohou zahrnovat: 

• Zvýšené financování výzkumu genetických úprav s cílem diverzifikovat techniky používané k objevování přesnějších a bezpečnějších metod péče.
• Pokrok v personalizované medicíně prostřednictvím cílených genetických terapií a terapií nemocí.
• Biotechnologické firmy vyvíjející lepší software pro automatizaci a přesnost genetických úprav.
• Některé vlády zvyšují své financování a výzkum v oblasti genetických úprav implementací různých pilotních testů v léčbě rakoviny.
• Delší očekávaná délka života u lidí narozených s genetickými mutacemi.
• Nové genetické nástroje jsou přepracovány k řešení škodlivých chorob a mutací u zvířat a rostlinných druhů.

Otázky k zamyšlení

• Jak jinak podle vás může programovatelná genetická editace způsobit revoluci ve zdravotnictví?
• Co mohou vlády udělat, aby zajistily, že tyto terapie budou dostupné všem?