Програмоване редагування генів: пошук високоточного редагування генів

• Автор:
• ім'я автора

  Quantumrun Foresight
• 19 Грудня, 2022

Короткий огляд

Редагування генів призвело до захоплюючих відкриттів у генетичній терапії, таких як потенційне «виправлення» ракових і мутованих клітин. Проте вчені досліджують кращі способи більш точного націлювання на клітини за допомогою природних процесів генетичного редагування. Довгострокові наслідки програмованого редагування генів можуть включати збільшення фінансування генетичних досліджень і кращі інструменти для персоналізованої медицини.

Програмований контекст редагування генів

Редагування геному є потужною технікою, яка дозволяє вченим вносити цілеспрямовані зміни в генетичний код організму. Цей метод може бути досягнутий декількома різними способами, включаючи введення розривів ДНК або мутацій за допомогою сконструйованих послідовно-специфічних нуклеаз (SSN).

Індукуючи дволанцюгові розриви (DSB) в геномі, вчені можуть використовувати запрограмовані SSN для націлювання на певні сайти. Ці DSB потім відновлюються механізмами клітинної ДНК, такими як негомологічне з’єднання кінців (NHEJ) і репарація, спрямована на гомологію (HDR). Хоча NHEJ зазвичай призводить до неточних вставок або видалень, які можуть порушити функцію гена, HDR може внести точні зміни та потенційно виправити генетичні мутації.

Інструмент редагування генів CRISPR найбільш широко використовується в цій галузі, залучаючи направляючу (gRNA) і фермент Cas9 для «відсікання» проблемних ниток. Існує кілька потенційних переваг використання цієї методики, зокрема лікування таких захворювань, як рак і ВІЛ (вірус імунодефіциту людини), а також розробка нових методів лікування інших захворювань. Однак ризики також пов’язані, наприклад, можливість того, що певні зміни можуть ввести шкідливі мутації в ДНК організму. 

Відповідно до дослідження, опублікованого в журналі Trends in Plant Science, у 2021 році існувало вже 30 програмних веб-платформ, призначених для програмування gRNA. Ці програми мають різні рівні складності, деякі з них дозволяють вченим завантажувати широкий спектр послідовностей. Крім того, деякі інструменти можуть визначати нецільові мутації.

Руйнівний вплив

У 2021 році вчені з Массачусетського технологічного інституту (MIT) і Гарвардського університету виявили новий клас програмованих систем модифікації ДНК під назвою OMEGAs (Obligate Mobile Element Guided Activity), які не використовують технологію CRISPR. Ці системи можуть природним чином перемішувати невеликі фрагменти ДНК у всіх бактеріальних геномах. Це відкриття відкриває унікальну область біології, яка може підняти технологію редагування генома від розрахованого ризику до більш передбачуваного процесу.

Ці ферменти невеликі, тому їх легше доставити до клітин, ніж більш об’ємні ферменти, і їх можна швидко адаптувати для різних цілей. Наприклад, ферменти CRISPR використовують gRNA для націлювання та знищення вірусних загарбників. Однак, штучно генеруючи свої послідовності гРНК, біологи тепер можуть направляти провідник ферменту Cas9 до будь-якої бажаної цілі. Легкість, з якою можна запрограмувати ці ферменти, робить їх потужним інструментом для модифікації ДНК і припускає, що дослідники можуть використовувати їх у розробці терапії редагування генів. 

Ще одним багатообіцяючим напрямком досліджень у програмованому редагуванні генів є twin prime editing, інструмент на основі CRISPR, розроблений вченими Гарварду в 2022 році. Нова техніка дозволяє маніпулювати великими фрагментами ДНК розміром з гени в людських клітинах, не розрізаючи подвійну спіраль ДНК. Внесення більших змін, ніж це було можливо раніше, дозволить вченим вивчати та лікувати генетичні захворювання, спричинені втратою функції генів або складними структурними мутаціями, такими як гемофілія чи синдром Хантера.

Наслідки програмованого редагування генів

Більш широкі наслідки програмованого редагування генів можуть включати: 

• Збільшення фінансування досліджень генетичного редагування з метою диверсифікації методів, які використовуються для виявлення точніших і безпечніших методів догляду.
• Розвиток персоналізованої медицини за допомогою цільової генетичної терапії та терапії захворювань.
• Біотехнологічні компанії, що розробляють краще програмне забезпечення для автоматизації та точності генетичного редагування.
• Деякі уряди збільшують фінансування та дослідження в галузі генетичного редагування, впроваджуючи різноманітні пілотні тести в лікуванні раку.
• Більша тривалість життя людей, народжених із генетичними мутаціями.
• Нові генетичні інструменти перепрофільовуються для боротьби зі шкідливими хворобами та мутаціями тварин і видів рослин.

Питання для розгляду

• Як ще, на вашу думку, програмоване генетичне редагування може революціонізувати охорону здоров’я?
• Що можуть зробити уряди, щоб ці методи лікування були доступними для всіх?