Programmeeritav geenide redigeerimine: geenide ülitäpse redigeerimise otsing

• Autor:
• autori nimi

  Quantumrun Foresight
• Detsember 19, 2022

Ülevaate kokkuvõte

Geenide redigeerimine on viinud põnevate avastusteni geeniteraapiate vallas, näiteks vähi- ja muteerunud rakkude potentsiaalselt "fikseerimisel". Teadlased uurivad aga paremaid viise rakkude täpsemaks sihtimiseks looduslikult esinevate geneetiliste redigeerimisprotsesside kaudu. Programmeeritava geenide redigeerimise pikaajalised tagajärjed võivad hõlmata suuremat geeniuuringute rahastamist ja paremaid tööriistu personaliseeritud meditsiini jaoks.

Programmeeritav geenide redigeerimise kontekst

Genoomi redigeerimine on võimas tehnika, mis võimaldab teadlastel teha sihipäraseid muudatusi organismi geneetilises koodis. Seda meetodit on võimalik saavutada mitmel erineval viisil, sealhulgas DNA katkestuste või mutatsioonide sisseviimine konstrueeritud järjestusspetsiifiliste nukleaaside (SSN) abil.

Indutseerides genoomis kaheahelalisi katkestusi (DSB), saavad teadlased kasutada programmeeritud SSN-e konkreetsete saitide sihtimiseks. Need DSB-d parandatakse seejärel rakuliste DNA mehhanismide abil, nagu mittehomoloogne otsühendus (NHEJ) ja homoloogiale suunatud parandamine (HDR). Kui NHEJ põhjustab tavaliselt ebatäpseid sisestusi või deletsioone, mis võivad geenifunktsiooni häirida, võib HDR tuua kaasa täpseid muudatusi ja potentsiaalselt korrigeerida geneetilisi mutatsioone.

CRISPR-i geeni redigeerimise tööriist on selles valdkonnas kõige laialdasemalt kasutatav, hõlmates juhendit (gRNA) ja Cas9 ensüümi probleemsete ahelate "ära lõikamiseks". Selle tehnika kasutamisel on mitmeid potentsiaalseid eeliseid, sealhulgas selliste haiguste ravimine nagu vähk ja HIV (inimese immuunpuudulikkuse viirus) ning uute ravimeetodite väljatöötamine muude häirete jaoks. Kuid sellega kaasnevad ka riskid, näiteks võimalus, et konkreetsed muudatused võivad organismi DNA-sse tuua kahjulikke mutatsioone. 

2021. aastal oli gRNA programmeerimiseks loodud juba 30 veebipõhist tarkvaraplatvormi, selgub ajakirjas Trends in Plant Science avaldatud uuringust. Need programmid on erineva keerukuse tasemega ja mõned võimaldavad teadlastel üles laadida laia valikut järjestusi. Lisaks võivad mõned tööriistad määrata sihtmärgiväliseid mutatsioone.

Häiriv mõju

2021. aastal avastasid Massachusettsi tehnoloogiainstituudi (MIT) ja Harvardi ülikooli teadlased uue klassi programmeeritavaid DNA-d modifitseerivaid süsteeme, mida nimetatakse OMEGA-deks (Obligate Mobile Element Guided Activity), mis ei kasuta CRISPR-tehnoloogiat. Need süsteemid võivad loomulikult segada väikeseid DNA bitte bakterite genoomides. See avastus avab ainulaadse bioloogia valdkonna, mis võib tõsta genoomi redigeerimise tehnoloogia arvutatud riskilt prognoositavamale protsessile.

Need ensüümid on väikesed, mistõttu on neid lihtsam rakkudesse toimetada kui suuremahulisi ensüüme ja neid saab kiiresti erinevateks kasutusteks kohandada. Näiteks kasutavad CRISPR-i ensüümid gRNA-d viiruste sissetungijate sihtimiseks ja hävitamiseks. Kuid oma gRNA järjestusi kunstlikult genereerides saavad bioloogid nüüd suunata Cas9 ensüümi juhendi mis tahes soovitud sihtmärgile. Nende ensüümide programmeerimise lihtsus muudab need võimsaks vahendiks DNA muutmiseks ja soovitab teadlastel neid kasutada geenide redigeerimise teraapiate väljatöötamisel. 

Programmeeritava geenide redigeerimise teine ​​paljutõotav uurimissuund on Twin prime editing, CRISPR-il põhinev tööriist, mille Harvardi teadlased töötasid välja 2022. aastal. Uus tehnika võimaldab inimrakkudes manipuleerida suurte geenisuuruste DNA tükkidega ilma DNA kaksikheeliksit lõikamata. Varasemast suuremate muudatuste tegemine võimaldaks teadlastel uurida ja ravida geneetilisi haigusi, mis on tingitud geenifunktsiooni kadumisest või keerulistest struktuurimutatsioonidest, nagu hemofiilia või Hunteri sündroom.

Programmeeritava geeni redigeerimise tagajärjed

Programmeeritava geenide redigeerimise laiemad tagajärjed võivad hõlmata järgmist: 

• Suurenenud rahastamine geneetilise redigeerimise uuringutes, mille eesmärk on mitmekesistada tehnikaid, mida kasutatakse täpsemate ja ohutumate hooldusmeetodite avastamiseks.
• Isikupärastatud meditsiini edendamine sihipäraste geneetiliste ja haigusteraapiate kaudu.
• Biotehnoloogiaettevõtted töötavad välja paremat tarkvara geneetilise redigeerimise automatiseerimiseks ja täpsuseks.
• Mõned valitsused suurendavad oma rahastamist ja uuringuid geneetilise redigeerimise vallas, rakendades vähiravis mitmesuguseid pilootteste.
• Pikem eluiga inimestel, kes on sündinud geneetiliste mutatsioonidega.
• Loomade ja taimeliikide kahjulike haiguste ja mutatsioonide käsitlemiseks kasutatakse uudseid geneetilisi tööriistu.

Küsimused, mida kaaluda

• Kuidas muidu võib programmeeritav geneetiline redigeerimine tervishoius revolutsiooni teha?
• Mida saavad valitsused teha, et need ravimeetodid oleksid kõigile kättesaadavad?