Programabilno uređivanje gena: Potraga za visokopreciznim uređivanjem gena

• Autor:
• ime autora

  Quantumrun Foresight
• Prosinac 19, 2022

Sažetak uvida

Uređivanje gena dovelo je do uzbudljivih otkrića u genetskim terapijama, kao što je potencijalno "popravljanje" kancerogenih i mutiranih stanica. Međutim, znanstvenici istražuju bolje načine za točnije ciljanje stanica putem prirodnih procesa genetskog uređivanja. Dugoročne implikacije programabilnog uređivanja gena mogle bi uključivati ​​povećano financiranje genetskih istraživanja i bolje alate za personaliziranu medicinu.

Programabilni kontekst za uređivanje gena

Uređivanje genoma moćna je tehnika koja znanstvenicima omogućuje ciljane promjene u genetskom kodu organizma. Ova se metoda može postići na nekoliko različitih načina, uključujući uvođenje prekida DNA ili mutacija korištenjem projektiranih nukleaza specifičnih za sekvencu (SSN).

Induciranjem dvolančanih prekida (DSB) unutar genoma, znanstvenici mogu koristiti programirane SSN za ciljanje određenih mjesta. Ti se DSB-ovi zatim popravljaju mehanizmima stanične DNA, kao što je nehomologno spajanje krajeva (NHEJ) i popravak usmjeren homologijom (HDR). Dok NHEJ obično rezultira nepreciznim umetanjima ili brisanja koja mogu poremetiti funkciju gena, HDR može uvesti precizne promjene i potencijalno ispraviti genetske mutacije.

Alat za uređivanje gena CRISPR najčešće se koristi u ovom području, a uključuje vodič (gRNA) i enzim Cas9 za "odsijecanje" problematičnih niti. Postoji nekoliko potencijalnih prednosti korištenja ove tehnike, uključujući liječenje bolesti poput raka i HIV-a (virusa humane imunodeficijencije) i razvoj novih terapija za druge poremećaje. Međutim, rizici su također povezani, kao što je mogućnost da određena uređivanja mogu unijeti štetne mutacije u DNK organizma. 

Godine 2021. već je postojalo 30 web-baziranih softverskih platformi dizajniranih za programiranje gRNA, prema studiji objavljenoj u časopisu Trends in Plant Science. Ovi programi imaju različite razine složenosti, a neki omogućuju znanstvenicima učitavanje širokog raspona sekvenci. Osim toga, neki alati mogu odrediti mutacije izvan cilja.

Razarajući učinak

Godine 2021. znanstvenici s Instituta za tehnologiju Massachusetts (MIT) i Sveučilišta Harvard otkrili su novu klasu programabilnih sustava za modificiranje DNK pod nazivom OMEGA (Obligate Mobile Element Guided Activity) koji ne koriste tehnologiju CRISPR. Ovi sustavi mogu prirodno miješati male dijelove DNK kroz bakterijske genome. Ovo otkriće otvara jedinstveno područje biologije koje može uzdići tehnologiju uređivanja genoma od izračunatog rizika do predvidljivijeg procesa.

Ti su enzimi mali, što ih čini lakšim za isporuku stanicama od glomaznijih enzima i mogu se brzo prilagoditi za različite namjene. Na primjer, enzimi CRISPR koriste gRNA za ciljanje i uništavanje virusnih napadača. Međutim, umjetnim generiranjem njihovih gRNA sekvenci, biolozi sada mogu usmjeriti vodič enzima Cas9 na bilo koji željeni cilj. Lakoća s kojom se ti 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 smjer istraživanja u programabilnom uređivanju gena je twin prime editing, alat temeljen na CRISPR-u koji su razvili znanstvenici s Harvarda 2022. Nova tehnika omogućuje manipuliranje velikim dijelovima DNK veličine gena u ljudskim stanicama bez rezanja dvostruke spirale DNK. Izrada većih izmjena nego što je dosad bilo moguće mogla bi omogućiti znanstvenicima proučavanje i liječenje genetskih bolesti koje su posljedica gubitka funkcije gena ili složenih strukturnih mutacija, poput hemofilije ili Hunterovog sindroma.

Implikacije programabilnog uređivanja gena

Šire implikacije programabilnog uređivanja gena mogu uključivati: 

• Povećano financiranje istraživanja genetskog uređivanja s ciljem diverzifikacije tehnika koje se koriste za otkrivanje točnijih i sigurnijih metoda skrbi.
• Napredak personalizirane medicine kroz ciljane genetske terapije i terapije bolesti.
• Biotehnološke tvrtke koje razvijaju bolji softver za automatizaciju i preciznost genetskog uređivanja.
• Neke vlade povećavaju svoje financiranje i istraživanja u genetskom uređivanju provedbom raznih pilot testova u terapijama raka.
• Dulji životni vijek za ljude rođene s genetskim mutacijama.
• Novi genetski alati koji se mijenjaju za rješavanje štetnih bolesti i mutacija kod životinja i biljnih vrsta.

Pitanja za razmatranje

• Što mislite, kako inače programabilno genetsko uređivanje može revolucionirati zdravstvo?
• Što vlade mogu učiniti kako bi te terapije bile dostupne svima?