Нов революционен CRISPR метод с голяма точност може да въздейства на почти всички човешки гени

Неотдавнашният напредък в технологията за редактиране на гени CRISPR, резултат от сътрудничеството между Масачузетския технологичен институт и Университета Дюк, разшири обхвата на инструмента до почти всички човешки гени и то с още по-голяма прецизност. Този напредък, който позволява да се променят недостъпни досега гени, отваря вратата към истинска генетична медицина и персонализирани терапии.

CRISPR-Cas9 е добре известен като лабораторен инструмент за манипулиране на ДНК, но естествената му функция е като част от имунната система. По-конкретно, тя позволява на бактериите да използват свързаните с CRISPR РНК молекули и протеини (Cas), за да се насочат към и да унищожат ДНК-то на нахлуващите вируси. След откриването му учените се впуснаха да разработват арсенал от нови CRISPR системи за генна терапия и геномно инженерство.

Неотдавна изследователи от Университета Дюк и Масачузетския технологичен институт направиха следващата стъпка, като разработиха варианти на CRISPR, способни да се насочват към по-широк спектър от генетични последователности. Тази разработка обещава значително да разшири хоризонтите на лечението на генетични заболявания като синдрома на Рет и болестта на Хънтингтън, на генната терапия в по-широк смисъл и на персонализираната медицина. Подробностите са публикувани в списание Nature Communications.

Разширяване възможностите на CRISPR

Инженери от Университета Дюк и Масачузетския технологичен институт, ръководени от Пранам Чатърджи, направиха важна стъпка в развитието на CRISPR технологията. Техният пробив позволява да се въздейства върху по-голямата част от човешките геноми. Преди това CRISPR системите бяха ограничени да модифицират само 12,5% от гените поради специфичните ограничения, свързани с разпознаването на ДНК последователността.

Правени си други изследвания в тази насока. Наскоро бе разработен модел на изкуствен интелект, базиран на дълбоко обучение, който може да предсказва както „целевата“, така и „нецелевата“ активност на инструмента за редактиране на гени CRISPR-Cas13 (способен да манипулира РНК). Това е истинско постижение: новата технология може както значително да намали броя на несъответствията, така и да измерва активността на гените с безпрецедентна точност. Но засега той н е много надежден.

Всъщност, обясняват авторите в съобщението за пресата, те използват както РНК молекула, която насочва ензима към целевата ДНК последователност, така и PAM (кратка ДНК последователност, която следва непосредствено целевата ДНК последователност и е необходима за свързването на Cas протеина), за да направят модификации в генома на Cas протеина.

След като насочващата РНК открие комплементарна ДНК последователност и Cas ензимът се свърже със съседния PAM, ензимът отрязва ДНК като ножица, предизвиквайки желаната промяна в генома. Най-разпространената CRISPR-Cas система е Cas9 от бактерията Streptococcus pyogenes (SpCas9), която изисква PAM последователност от две последователни гуанинови (GG) бази.

В предишното си изследване Chatterjee и екипът му са използвали биоинформатични инструменти, за да идентифицират и разработят нови варианти на протеина Cas9, включително Sc++, който изисква само един гуанин в PAM последователността, за да направи разреза. Това нововъведение увеличава възможностите за редактиране на около 50% от ДНК последователностите.

Междувременно екип от Харвард, ръководен от Бенджамин Клайнстивър, доцент в Харвардското медицинско училище, е разработил друг вариант, наречен SpRY. SpRY е в състояние да се свързва с всяка от четирите ДНК бази, които съставляват PAM, като отдава предпочитание на аденина и гуанина.

Изправени пред ограниченията на тези две системи, изследователите от Дюк и Масачузетския технологичен институт обединяват усилията си, за да създадат нов вариант, наречен SpRYc. Чатърджи отбелязва в съобщение за пресата, че SpRYc позволява по-прецизно прицелване в почти целия геном.

Въпреки че SpRYc е по-бавен от предшествениците си при изрязването на целевите ДНК последователности, при тестовете той се е доказал като по-добър от традиционните ензими при модифицирането на специфични участъци от ДНК. Въпреки широкия си спектър от приложения, SpRYc демонстрира и по-висока точност от SpRY.

Към нови генни терапии

Иновацията SpRYc представлява значителен напредък в прилагането на технологията CRISPR. Със способността си да се насочва към области от човешкия геном, които досега са били недостъпни за редактиране на генома, SpRYc предлага обещаващи терапевтични перспективи за сложни и трудно решими заболявания като синдрома на Рет и болестта на Хънтингтън. Тези заболявания, характеризиращи се със специфични генетични мутации, могат да получат персонализирано лечение чрез целенасочено прилагане на SpRYc. Този подход може не само да коригира мутациите, които причиняват тези заболявания, но и потенциално да обърне някои от опустошителните им последици, като даде нова надежда на пациентите и техните семейства.

Отвъд непосредствените приложения, разширяването на възможностите на CRISPR отваря вратата за истинска революция в областта на геномната медицина. Изследователите и клиницистите могат да очакват лечение на много по-широк кръг генетични заболявания, включително и такива, които досега се смятаха за нелечими.

Този напредък би могъл да даде тласък и на изследванията в области като биологията на стареенето, устойчивостта на болести и регенерацията на тъканите. Освен това повишената точност и гъвкавост на редактирането на генома отварят вратата за по-безопасни и по-ефективни интервенции, като намаляват риска от нежелани генетични модификации. В дългосрочен план тези постижения могат да доведат до по-добро разбиране и лечение на сложни генетични заболявания.