პროგრამირებადი გენის რედაქტირება: მაღალი სიზუსტის გენის რედაქტირების ძიება

• ავტორი:
• ავტორის სახელი

  Quantumrun Foresight
• დეკემბერი 19, 2022

Insight რეზიუმე

გენის რედაქტირებამ გამოიწვია საინტერესო აღმოჩენები გენეტიკურ თერაპიაში, როგორიცაა სიმსივნური და მუტაციური უჯრედების პოტენციურად „დაფიქსირება“. თუმცა, მეცნიერები იკვლევენ უკეთეს გზებს უჯრედების უფრო ზუსტად დამიზნების მიზნით, ბუნებრივი გენეტიკური რედაქტირების პროცესების მეშვეობით. პროგრამირებადი გენის რედაქტირების გრძელვადიანი შედეგები შეიძლება მოიცავდეს გენეტიკური კვლევის დაფინანსებას და პერსონალიზებული მედიცინის უკეთეს ინსტრუმენტებს.

პროგრამირებადი გენის რედაქტირების კონტექსტი

გენომის რედაქტირება მძლავრი ტექნიკაა, რომელიც მეცნიერებს საშუალებას აძლევს შეიტანონ მიზანმიმართული ცვლილებები ორგანიზმის გენეტიკურ კოდში. ამ მეთოდის მიღწევა შესაძლებელია რამდენიმე სხვადასხვა გზით, მათ შორის დნმ-ის რღვევების ან მუტაციების დანერგვით ინჟინერიული თანმიმდევრობის სპეციფიკური ნუკლეაზების (SSNs) გამოყენებით.

გენომში ორჯაჭვიანი რღვევების (DSBs) გამოწვევით, მეცნიერებს შეუძლიათ გამოიყენონ დაპროგრამებული SSN-ები კონკრეტული ადგილების დასამიზნებლად. ეს DSB-ები შემდეგ აღდგენილია უჯრედული დნმ-ის მექანიზმებით, როგორიცაა არაჰომოლოგური ბოლო შეერთება (NHEJ) და ჰომოლოგიაზე მიმართული შეკეთება (HDR). მიუხედავად იმისა, რომ NHEJ, როგორც წესი, იწვევს არაზუსტ ჩასმას ან წაშლას, რამაც შეიძლება ხელი შეუშალოს გენის ფუნქციონირებას, HDR-ს შეუძლია ზუსტი ცვლილებები და პოტენციურად გამოასწოროს გენეტიკური მუტაციები.

CRISPR გენის რედაქტირების ხელსაწყო არის ყველაზე ფართოდ გამოყენებული ამ სფეროში, რომელიც მოიცავს სახელმძღვანელოს (gRNA) და Cas9 ფერმენტს პრობლემური ძაფების "გაწყვეტისთვის". ამ ტექნიკის გამოყენებას აქვს რამდენიმე პოტენციური სარგებელი, მათ შორის ისეთი დაავადებების მკურნალობა, როგორიცაა კიბო და აივ (ადამიანის იმუნოდეფიციტის ვირუსი) და ახალი თერაპიის შემუშავება სხვა დარღვევებისთვის. თუმცა, ასევე დაკავშირებულია რისკები, როგორიცაა იმის შესაძლებლობა, რომ კონკრეტულმა რედაქტირებამ შეიძლება ორგანიზმის დნმ-ში მავნე მუტაციების შეტანა გამოიწვიოს. 

2021 წელს უკვე არსებობდა 30 ვებ-ზე დაფუძნებული პროგრამული პლატფორმა, რომელიც შექმნილია gRNA-ს დასაპროგრამებლად, ნათქვამია კვლევაში, რომელიც გამოქვეყნდა Trends in Plant Science ჟურნალში. ამ პროგრამებს აქვთ სხვადასხვა დონის სირთულის დონე, ზოგიერთი მეცნიერს საშუალებას აძლევს ატვირთოს რიგი თანმიმდევრობების ფართო სპექტრი. გარდა ამისა, ზოგიერთ ინსტრუმენტს შეუძლია განსაზღვროს მიზანმიმართული მუტაციები.

დამრღვევი გავლენა

2021 წელს მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის (MIT) და ჰარვარდის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა აღმოაჩინეს პროგრამირებადი დნმ-ის მოდიფიკაციის სისტემების ახალი კლასი, სახელწოდებით OMEGAs (მობილური ელემენტის მართვადი აქტივობა), რომელიც არ იყენებს CRISPR ტექნოლოგიას. ამ სისტემებმა შეიძლება ბუნებრივად შეცვალონ დნმ-ის მცირე ნაწილები ბაქტერიების გენომებში. ეს აღმოჩენა ხსნის ბიოლოგიის უნიკალურ სფეროს, რომელსაც შეუძლია გენომის რედაქტირების ტექნოლოგია გათვლილი რისკიდან უფრო პროგნოზირებად პროცესამდე აამაღლოს.

ეს ფერმენტები მცირეა, რაც აადვილებს მათ უჯრედებში მიწოდებას, ვიდრე უფრო მოცულობითი ფერმენტები და მათი სწრაფად ადაპტირება შესაძლებელია სხვადასხვა გამოყენებისთვის. მაგალითად, CRISPR ფერმენტები იყენებენ gRNA-ს ვირუსული დამპყრობლების სამიზნე და განადგურების მიზნით. თუმცა, მათი gRNA თანმიმდევრობების ხელოვნურად წარმოქმნით, ბიოლოგებს ახლა შეუძლიათ მიმართონ Cas9 ფერმენტის სახელმძღვანელოს ნებისმიერ სასურველ სამიზნეზე. ამ ფერმენტების დაპროგრამების სიმარტივე მათ დნმ-ის მოდიფიკაციის მძლავრ ინსტრუმენტად აქცევს და ვარაუდობს, რომ მკვლევარებმა შეიძლება გამოიყენონ ისინი გენის რედაქტირების თერაპიის შემუშავებაში. 

კიდევ ერთი პერსპექტიული კვლევის მიმართულება პროგრამირებადი გენის რედაქტირებაში არის twin prime editing, CRISPR-ზე დაფუძნებული ინსტრუმენტი, რომელიც შემუშავდა ჰარვარდის მეცნიერების მიერ 2022 წელს. ახალი ტექნიკა საშუალებას აძლევს გენის ზომის დნმ-ის დიდი ნაწილების მანიპულირებას ადამიანის უჯრედებში დნმ-ის ორმაგი სპირალის ამოჭრის გარეშე. უფრო დიდი ცვლილებების შეტანა, ვიდრე ადრე შესაძლებელი იყო, მეცნიერებს საშუალებას მისცემს შეისწავლონ და განკურნონ გენეტიკური დაავადებები, რომლებიც გამოწვეულია გენის ფუნქციის დაკარგვით ან რთული სტრუქტურული მუტაციებით, როგორიცაა ჰემოფილია ან ჰანტერის სინდრომი.

პროგრამირებადი გენის რედაქტირების შედეგები

პროგრამირებადი გენის რედაქტირების უფრო ფართო შედეგები შეიძლება მოიცავდეს: 

• გაზრდილი დაფინანსება გენეტიკური რედაქტირების კვლევაში, რომელიც მიზნად ისახავს ტექნიკის დივერსიფიკაციას უფრო ზუსტი და უსაფრთხო მოვლის მეთოდების აღმოსაჩენად.
• პერსონალიზებული მედიცინის წინსვლა მიზნობრივი გენეტიკური და დაავადების თერაპიის საშუალებით.
• ბიოტექნოლოგიური ფირმები ავითარებენ უკეთეს პროგრამულ უზრუნველყოფას გენეტიკური რედაქტირების ავტომატიზაციისა და სიზუსტისთვის.
• ზოგიერთი მთავრობა ზრდის თავის დაფინანსებას და კვლევას გენეტიკურ რედაქტირებაში კიბოს თერაპიის სხვადასხვა საპილოტე ტესტების განხორციელებით.
• გენეტიკური მუტაციებით დაბადებული ადამიანების სიცოცხლის ხანგრძლივობა.
• ახალი გენეტიკური ხელსაწყოები გამოიყენება ცხოველთა და მცენარეთა სახეობებში მავნე დაავადებებისა და მუტაციების მოსაგვარებლად.

კითხვები გასათვალისწინებელია

• როგორ ფიქრობთ, კიდევ როგორ შეიძლება პროგრამირებადი გენეტიკური რედაქტირება მოახდინოს რევოლუცია ჯანდაცვის სფეროში?
• რა შეუძლიათ გააკეთონ მთავრობებმა იმისათვის, რომ ეს თერაპიები ყველასთვის ხელმისაწვდომი იყოს?