Programabilno urejanje genov: Iskanje visoko natančnega urejanja genov

• Avtor:
• ime avtorja

  Quantumrun Foresight
• December 19, 2022

Povzetek vpogleda

Urejanje genov je vodilo do vznemirljivih odkritij v genskih terapijah, kot je potencialno "popravljanje" rakavih in mutiranih celic. Vendar pa znanstveniki raziskujejo boljše načine za natančnejše ciljanje celic z naravnimi procesi genskega urejanja. Dolgoročne posledice programabilnega urejanja genov bi lahko vključevale povečano financiranje genetskih raziskav in boljša orodja za personalizirano medicino.

Programabilni kontekst za urejanje genov

Urejanje genoma je zmogljiva tehnika, ki znanstvenikom omogoča ciljno spreminjanje genetske kode organizma. To metodo je mogoče doseči na več različnih načinov, vključno z uvedbo prelomov ali mutacij DNA z uporabo inženirskih zaporednih specifičnih nukleaz (SSN).

Z indukcijo dvoverižnih prelomov (DSB) v genomu lahko znanstveniki uporabijo programirane SSN za ciljanje na določena mesta. Ti DSB se nato popravijo z mehanizmi celične DNK, kot sta nehomologno spajanje koncev (NHEJ) in homologno usmerjeno popravljanje (HDR). Medtem ko NHEJ običajno povzroči nenatančne vstavke ali delecije, ki lahko motijo ​​delovanje genov, lahko HDR uvede natančne spremembe in potencialno popravi genetske mutacije.

Orodje za urejanje genov CRISPR je najpogosteje uporabljeno na tem področju, saj vključuje vodilo (gRNA) in encim Cas9 za "odrezovanje" problematičnih verig. Uporaba te tehnike ima več možnih koristi, vključno z zdravljenjem bolezni, kot sta rak in HIV (virus humane imunske pomanjkljivosti), ter razvojem novih terapij za druge motnje. Vendar pa so povezana tudi tveganja, kot je možnost, da bi določena urejanja lahko vnesla škodljive mutacije v DNK organizma. 

Glede na študijo, objavljeno v reviji Trends in Plant Science, je leta 2021 obstajalo že 30 spletnih programskih platform, zasnovanih za programiranje gRNA. Ti programi imajo različne stopnje kompleksnosti, pri čemer nekateri znanstvenikom omogočajo nalaganje širokega nabora zaporedij. Poleg tega lahko nekatera orodja določijo neciljne mutacije.

Moteč vpliv

Leta 2021 so znanstveniki na Tehnološkem inštitutu Massachusetts (MIT) in Univerzi Harvard odkrili nov razred programabilnih sistemov za spreminjanje DNK, imenovanih OMEGA (Obligate Mobile Element Guided Activity), ki ne uporabljajo tehnologije CRISPR. Ti sistemi lahko naravno premešajo majhne koščke DNK skozi bakterijske genome. To odkritje odpira edinstveno področje biologije, ki lahko tehnologijo urejanja genoma dvigne iz izračunanega tveganja v bolj predvidljiv proces.

Ti encimi so majhni, zaradi česar jih je lažje dostaviti celicam kot večje encime, in jih je mogoče hitro prilagoditi za različne uporabe. Na primer, encimi CRISPR uporabljajo gRNA za ciljanje in uničenje virusnih napadalcev. Vendar pa lahko biologi z umetnim ustvarjanjem njihovih sekvenc gRNA zdaj usmerijo encimski vodnik Cas9 na katero koli želeno tarčo. Enostavnost, s katero je mogoče programirati te encime, jih naredi močno orodje za spreminjanje DNK in nakazuje, da bi jih raziskovalci lahko uporabili pri razvoju terapij za urejanje genov. 

Druga obetavna raziskovalna smer na področju programabilnega urejanja genov je twin prime editing, orodje na podlagi CRISPR, ki so ga leta 2022 razvili znanstveniki s Harvarda. Nova tehnika omogoča manipulacijo velikih kosov DNK v velikosti gena v človeških celicah brez rezanja dvojne vijačnice DNK. Večje urejanje, kot je bilo mogoče prej, bi lahko znanstvenikom omogočilo preučevanje in zdravljenje genetskih bolezni, ki so posledica izgube funkcije gena ali kompleksnih strukturnih mutacij, kot sta hemofilija ali Hunterjev sindrom.

Posledice programabilnega urejanja genov

Širše posledice programabilnega urejanja genov lahko vključujejo: 

• Povečano financiranje raziskav genskega urejanja, katerih cilj je razširiti tehnike, ki se uporabljajo za odkrivanje natančnejših in varnejših metod oskrbe.
• Napredek personalizirane medicine s ciljno usmerjenimi genetskimi terapijami in terapijami bolezni.
• Biotehnološka podjetja, ki razvijajo boljšo programsko opremo za avtomatizacijo in natančnost genskega urejanja.
• Nekatere vlade povečujejo financiranje in raziskave genskega urejanja z izvajanjem različnih pilotnih testov pri zdravljenju raka.
• Daljša pričakovana življenjska doba za ljudi, rojene z genetskimi mutacijami.
• Nova genetska orodja, ki se uporabljajo za obravnavo škodljivih bolezni in mutacij pri živalih in rastlinskih vrstah.

Vprašanja, ki jih je treba upoštevati

• Kako drugače mislite, da lahko programabilno gensko urejanje spremeni zdravstvo?
• Kaj lahko vlade storijo, da bodo te terapije dostopne vsem?