Programmeerbare genbewerking: de zoektocht naar genbewerking met hoge precisie

• Auteur:
• auteursnaam

  Quantumrun-prognose
• 19 december 2022

Samenvatting inzicht

Genbewerking heeft geleid tot opwindende ontdekkingen op het gebied van genetische therapieën, zoals het potentieel 'repareren' van kankercellen en gemuteerde cellen. Wetenschappers onderzoeken echter betere manieren om cellen nauwkeuriger te targeten via natuurlijk voorkomende genetische bewerkingsprocessen. De implicaties op de lange termijn van programmeerbare genbewerking zouden kunnen bestaan ​​uit meer financiering voor genetisch onderzoek en betere hulpmiddelen voor gepersonaliseerde geneeskunde.

Programmeerbare context voor het bewerken van genen

Genoombewerking is een krachtige techniek waarmee wetenschappers gerichte wijzigingen kunnen aanbrengen in de genetische code van een organisme. Deze methode kan op verschillende manieren worden bereikt, waaronder de introductie van DNA-breuken of -mutaties door het gebruik van gemanipuleerde sequentiespecifieke nucleasen (SSN's).

Door dubbelstrengige breuken (DSB's) binnen een genoom te induceren, kunnen wetenschappers geprogrammeerde SSN's gebruiken om zich op specifieke sites te richten. Deze DSB's worden vervolgens gerepareerd door cellulaire DNA-mechanismen, zoals niet-homologe end-joining (NHEJ) en homologie-gestuurde reparatie (HDR). Hoewel NHEJ doorgaans resulteert in onnauwkeurige inserties of deleties die de genfunctie kunnen verstoren, kan HDR nauwkeurige veranderingen introduceren en mogelijk genetische mutaties corrigeren.

De CRISPR-tool voor het bewerken van genen wordt op dit gebied het meest gebruikt, waarbij een gids (gRNA) en het Cas9-enzym zijn betrokken om problematische strengen "af te snijden". Er zijn verschillende potentiële voordelen aan het gebruik van deze techniek, waaronder de behandeling van ziekten zoals kanker en HIV (humaan immunodeficiëntievirus) en het ontwikkelen van nieuwe therapieën voor andere aandoeningen. Er zijn echter ook risico's aan verbonden, zoals de mogelijkheid dat specifieke bewerkingen schadelijke mutaties in het DNA van een organisme kunnen introduceren. 

In 2021 waren er al 30 webgebaseerde softwareplatforms ontworpen om gRNA te programmeren, blijkt uit een onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Trends in Plant Science. Deze programma's hebben verschillende niveaus van complexiteit, waarbij sommige wetenschappers in staat stellen een breed scala aan sequenties te uploaden. Bovendien kunnen sommige tools off-target-mutaties bepalen.

Disruptieve impact

In 2021 ontdekten wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en de Harvard University een nieuwe klasse programmeerbare DNA-modificerende systemen genaamd OMEGA's (Obligate Mobile Element Guided Activity) die geen gebruik maken van CRISPR-technologie. Deze systemen kunnen op natuurlijke wijze kleine stukjes DNA door bacteriële genomen heen en weer schudden. Deze ontdekking opent een uniek gebied van de biologie dat de technologie voor genoombewerking kan verheffen van een berekend risico naar een meer voorspelbaar proces.

Deze enzymen zijn klein, waardoor ze gemakkelijker aan de cellen kunnen worden afgeleverd dan omvangrijkere enzymen, en ze kunnen snel worden aangepast voor verschillende toepassingen. CRISPR-enzymen gebruiken bijvoorbeeld gRNA om virale indringers te targeten en te vernietigen. Door hun gRNA-sequenties echter kunstmatig te genereren, kunnen biologen de Cas9-enzymgids nu naar elk gewenst doelwit sturen. Het gemak waarmee deze enzymen kunnen worden geprogrammeerd, maakt ze tot een krachtig hulpmiddel voor het modificeren van DNA en suggereert dat onderzoekers ze zouden kunnen gebruiken bij het ontwikkelen van therapieën voor het bewerken van genen. 

Een andere veelbelovende onderzoeksrichting op het gebied van programmeerbare genbewerking is twin prime editing, een op CRISPR gebaseerd hulpmiddel dat in 2022 door wetenschappers van Harvard is ontwikkeld. Met de nieuwe techniek kunnen grote stukjes DNA ter grootte van een gen in menselijke cellen worden gemanipuleerd zonder de dubbele DNA-helix door te snijden. Door grotere bewerkingen uit te voeren dan voorheen mogelijk was, zouden wetenschappers genetische ziekten kunnen bestuderen en behandelen die het gevolg zijn van het verlies van genfunctie of complexe structurele mutaties, zoals hemofilie of het syndroom van Hunter.

Implicaties van programmeerbare genbewerking

Bredere implicaties van programmeerbare genbewerking kunnen zijn: 

• Meer financiering voor onderzoek naar genetische bewerking, gericht op het diversifiëren van de technieken die worden gebruikt om nauwkeurigere en veiligere zorgmethoden te ontdekken.
• De vooruitgang van gepersonaliseerde geneeskunde door gerichte genetische en ziektetherapieën.
• Biotechbedrijven ontwikkelen betere software voor automatisering en precisie van genetische bewerking.
• Sommige regeringen verhogen hun financiering en onderzoek op het gebied van genetische bewerking door verschillende proeftesten in kankertherapieën uit te voeren.
• Langere levensverwachting voor mensen geboren met genetische mutaties.
• Nieuwe genetische hulpmiddelen worden hergebruikt om schadelijke ziekten en mutaties bij dieren en plantensoorten aan te pakken.

Vragen om te overwegen

• Hoe denk je anders dat programmeerbare genetische bewerking een revolutie teweeg kan brengen in de gezondheidszorg?
• Wat kunnen overheden doen om ervoor te zorgen dat deze therapieën voor iedereen toegankelijk zijn?