Forritanleg genabreyting: Leitin að genabreytingum með mikilli nákvæmni

• Höfundur:
• Höfundur nafn

  Quantumrun Foresight
• Desember 19, 2022

Innsýn samantekt

Genabreyting hefur leitt til spennandi uppgötvana í erfðameðferðum, eins og hugsanlega „að laga“ krabbameinsfrumur og stökkbreyttar frumur. Hins vegar eru vísindamenn að kanna betri leiðir til að miða á frumur nákvæmari með náttúrulegum erfðabreytingarferlum. Langtímaáhrif forritanlegrar genabreytingar gætu falið í sér aukið fjármagn til erfðarannsókna og betri verkfæri fyrir persónulega læknisfræði.

Forritanlegt genabreytingarsamhengi

Erfðamengivinnsla er öflug tækni sem gerir vísindamönnum kleift að gera markvissar breytingar á erfðakóða lífveru. Þessari aðferð er hægt að ná á nokkra mismunandi vegu, þar á meðal með því að koma á DNA brotum eða stökkbreytingum með því að nota verkfræðilega raðsértæka núkleasa (SSN).

Með því að framkalla tvíþátta brot (DSB) innan erfðamengis geta vísindamenn notað forrituð SSN til að miða á ákveðna staði. Þessar DSB eru síðan lagfærðar með frumu DNA aðferðum, svo sem ósamkynhneigðum endatengingum (NHEJ) og homology-directed repair (HDR). Þó NHEJ leiði venjulega til ónákvæmra innsetninga eða eyðingar sem geta truflað genastarfsemi, getur HDR innleitt nákvæmar breytingar og hugsanlega leiðrétt erfðafræðilegar stökkbreytingar.

CRISPR genabreytingatólið er það sem er mest notað á þessu sviði, sem felur í sér leiðarvísi (gRNA) og Cas9 ensímið til að „klippa af“ erfiða þræði. Það eru nokkrir hugsanlegir kostir við að nota þessa tækni, þar á meðal að meðhöndla sjúkdóma eins og krabbamein og HIV (mannlega ónæmisbrestsveiru) og þróa nýjar meðferðir við öðrum kvillum. Hins vegar eru áhættur einnig tengdar, svo sem möguleikinn á að sérstakar breytingar gætu komið fyrir skaðlegum stökkbreytingum í DNA lífveru. 

Árið 2021 voru þegar til 30 nettengdir hugbúnaðarpallar hannaðir til að forrita gRNA, samkvæmt rannsókn sem birt var í Trends in Plant Science tímaritinu. Þessi forrit hafa mismunandi flókið stig, með sumum sem gera vísindamönnum kleift að hlaða upp margs konar röð. Að auki geta sum verkfæri ákvarðað stökkbreytingar utan miða.

Truflandi áhrif

Árið 2021 uppgötvuðu vísindamenn við Massachusetts Institute of Technology (MIT) og Harvard háskóla nýjan flokk forritanlegra DNA-breytandi kerfa sem kallast OMEGAs (Obligate Mobile Element Guided Activity) sem notar ekki CRISPR tækni. Þessi kerfi geta náttúrulega stokkað litlum bitum af DNA í gegnum erfðamengi bakteríu. Þessi uppgötvun opnar einstakt svið líffræðinnar sem getur aukið erfðamengisvinnslutækni úr útreiknaðri áhættu í fyrirsjáanlegri ferli.

Þessi ensím eru lítil, sem gerir það auðveldara að skila þeim til frumna en fyrirferðarmeiri ensím og hægt er að aðlaga þau hratt til mismunandi nota. Til dæmis, CRISPR ensím nota gRNA til að miða á og eyða veiru innrásarher. Hins vegar, með því að búa til gRNA raðir þeirra tilbúnar, geta líffræðingar nú beint Cas9 ensímleiðaranum að hvaða marki sem er. Auðveldin sem hægt er að forrita þessi ensím gerir þau að öflugu tæki til að breyta DNA og bendir til þess að vísindamenn gætu notað þau til að þróa genabreytingarmeðferðir. 

Önnur efnileg rannsóknastefna í forritanlegri genabreytingu er twin prime klipping, CRISPR byggt tól sem þróað var af Harvard vísindamönnum árið 2022. Nýja tæknin gerir kleift að vinna með stóra gena-stóra bita af DNA í frumum manna án þess að skera DNA tvöfalda helix. Með því að gera stærri breytingar en áður var mögulegt gæti vísindamönnum gert kleift að rannsaka og meðhöndla erfðasjúkdóma sem stafa af tapi á genastarfsemi eða flóknum stökkbreytingum í byggingu, svo sem dreyrasýki eða Hunter heilkenni.

Afleiðingar forritanlegrar genabreytingar

Víðtækari afleiðingar forritanlegrar genabreytingar geta verið: 

• Aukið fjármagn í rannsóknum á erfðabreytingum sem miða að því að auka fjölbreytni í tækni sem notuð er til að uppgötva nákvæmari og öruggari umönnunaraðferðir.
• Framfarir sérsniðinna lækninga með markvissum erfða- og sjúkdómsmeðferðum.
• Líftæknifyrirtæki þróa betri hugbúnað fyrir sjálfvirkni og nákvæmni erfðabreytinga.
• Sumar ríkisstjórnir auka fjármögnun sína og rannsóknir í erfðabreytingum með því að innleiða ýmsar tilraunaprófanir í krabbameinsmeðferðum.
• Lengri lífslíkur fólks sem fæðast með erfðabreytingar.
• Ný erfðafræðileg verkfæri eru endurnotuð til að taka á skaðlegum sjúkdómum og stökkbreytingum í dýrum og plöntutegundum.

Spurningar sem þarf að íhuga

• Hvernig heldurðu annars að forritanleg erfðabreyting geti gjörbylt heilsugæslunni?
• Hvað geta stjórnvöld gert til að tryggja að þessar meðferðir séu aðgengilegar öllum?