Interesant

Proteinele „Anti-CRISPR” nou detaliate pot deține cheia editării genetice sigure

Proteinele „Anti-CRISPR” nou detaliate pot deține cheia editării genetice sigure

Dacă ați fost deloc atenți la progresele în medicina genetică - și chiar dacă nu ați făcut - probabil că ați auzit destul de multe despre o tehnologie numită CRISPR în ultima vreme.

Este o tehnică nouă pentru editarea genelor, care are avantajele distincte de a fi precise, ieftine și cu acțiune extrem de rapidă și ia lumea cercetării biologice prin asalt, datorită aplicațiilor sale aproape nelimitate pentru tratarea bolilor și a dizabilității.

VEZI SI:Biologie cuantică: înfricoșătoare, misterioasă și fundamentală pentru viața însăși

Dar, în ciuda entuziasmului din jurul său, CRISPR mai are câteva obstacole semnificative de eliminat. În primul rând, în timp ce procesul funcționează incredibil de bine în culturile celulare și în analogii simpli de animale, nu există încă multe dovezi că ar avea același tip de eficacitate la oameni.

Mai mult, în timp ce direcționarea genetică utilizată în CRISPR este incredibil de precisă, cu excepția cazului în care este de fapt perfectă, va fi totuși ceva care ar putea pune un pacient într-un risc mult mai mare de cancer.

Acest lucru se întâmplă deoarece, fără o modalitate de a spune sistemului CRISPR să se oprească, este posibil ca acesta să poată continua să introducă noua genă sau doar să tundă ADN-ul gazdei în locații suficient de similare cu ținta, încât să se confunde pe termen nelimitat. Și dacă unul dintre aceste locuri face o schimbare accidentală, se întâmplă să fie o genă de supresie a tumorii ... Ei bine, așa se întâmplă cancerul.

Cu toate acestea, orice speranță pentru un viitor fără boli genetice nu se pierde, deoarece noile cercetări publicate în revista Cell Host & Microbe au găsit patru noi anti-CRISPR proteine ​​care ar putea fi folosite pentru a regla sistemul de editare a genelor, oprindu-l sau pornind după bunul plac și reducând considerabil riscurile pe termen lung.

Și din moment ce aceste proteine ​​au fost descoperite distribuite într-o mare varietate de medii, sugerează, de asemenea, că aceste proteine ​​pot fi mult mai răspândite în natură decât ne-am dat seama, ceea ce înseamnă că poate fi posibilă și mai mult rafinament pe măsură ce se fac noi descoperiri.

Îmi dau seama că încă nu trebuie să vă spun multe despre ce sunt de fapt aceste proteine ​​anti-CRISPR - să rezolvăm asta! Dar, înainte de a ajunge la inima modului în care funcționează aceste lucruri, trebuie să ne întoarcem și să ne reamintim rapid mecanismele și originile CRISPR în sine.

Originea CRISPR ca armă într-o cursă de înarmare genetică.

funcția originală a sistemelor CRISPR a fost ca sisteme imune bacteriene care permit bacteriei să lupte împotriva virusurilor infectate numite fagi (da, și bacteriile pot lua virusuri, nebun, nu !?) într-un mod țintit.

Dezvoltarea acestui sistem de direcționare extrem de fluid pentru ADN-ul invaziv este ceea ce le conferă natura lor programabilă și, de aceea, sistemele CRISPR și, în special, Cas9, sunt utilizate în prezent pe scară largă în industria științelor vieții, cu potențialul de a oferi terapii genice avansate, noi antibiotice și terapii împotriva malariei.

Interesant este faptul că în acest război de infectare și protejare, fagii au dezvoltat proteine ​​anti-CRISPR pentru a depăși sistemele bacteriene CRISPR într-un fel de cursă înarmării evolutivă. Aceste proteine ​​inhibă rapid sistemul de apărare al bacteriei gazdă, lăsând bacteria vulnerabilă la infecție și, eventual, la distrugere, de către virusul invadator.

Astfel, aceste proteine ​​foarte specifice ar putea fi, de asemenea, utilizate pentru a dezactiva sistemul CRISPR atunci când acesta este utilizat terapeutic, permițând cercetătorilor să oprească amestecul genetic odată ce noul ADN a fost inserat, reducând riscul pe termen lung de cancer și alte complicații.

De ce aflăm doar despre asta?

În ciuda importanței lor biologice semnificative, doar câteva anti-CRISPRproteinele au fost descoperite până acum într-un anumit subgrup de bacterii. Proteinele anti-CRISPR actuale nu sunt abundente în natură și au fost identificate doar prin studierea ADN-ului fagilor care au fost capabili să infecteze bacteriile care adăpostesc CRISPR-Cas9.

Folosind această metodă, se bazează pe capacitatea de a cultiva bacterii și pe fagi care sunt capabili să infecteze și să evite supravegherea sistemului endogen CRISPR Cas9 care le găsește în mod specific.

Noua cercetare din Danemarca a găsit o modalitate de a face problema identificării acestor gene un pic mai ușoară.

„Am folosit o abordare diferită care s-a concentrat pe activitatea funcțională anti-CRISPR, mai degrabă decât pe similitudinea secvenței ADN. Această abordare ne-a permis să găsim anti-CRISPR în bacterii care nu pot fi neapărat cultivate sau infectate cu fagi. Și rezultatele sunt cu adevărat interesante, "spune Ruben Vazquez Uribe, postdoc la Centrul pentru Biosustenabilitate (DTU) al Fundației Novo Nordisk.

Cum au făcut-o?

cercetători a identificat genele anti-CRISPR folosind ADN-ul total din patru probe de fecale umane, două probe de sol, o probă de fecale de vacă și o probă de fecale de porc (nimeni nu este complet sigur de ce erau atât de dornici să lucreze cu caca, dar să încercăm să nu judecător).

ADN-ul a fost tăiat în bucăți mai mici și exprimat aleatoriu pe o plasmidă (un inel mic de ADN) într-o celulă bacteriană. Această celulă conținea un circuit genetic pentru selectarea activității anti-CRISPR.

Pe scurt, acest lucru însemna că celulele care conțin o plasmidă cu o genă potențială anti-CRISPR ar deveni rezistente la un anumit antibiotic. Dimpotrivă, celulele în care plasmida nu conferă activitate anti-CRISPR vor muri. Cu acest sistem, cercetătorii ar putea detecta și selecta cu ușurință ADN-ul cu activitate anti-CRISPR și îl pot urmări la originea sa.

Folosind această abordare a bibliotecii meta-genomice, oamenii de știință au reușit să identifice unsprezece fragmente de ADN care au ocolit activitatea Cas9.

Caracterizarea ulterioară ar putea confirma apoi activitatea a patru noi anti-CRISPR. O analiză ulterioară a arătat că genele identificate în probele fecale sunt de fapt prezente în bacteriile găsite în medii multiple, de exemplu în bacteriile care trăiesc în intestinele, apa de mare și alimentele insectelor.

Acest lucru arată că noile gene descoperite sunt răspândite în multe ramuri bacteriene din arborele vieții și, în unele cazuri, cu dovezi că unele dintre aceste gene au fost transferate orizontal de mai multe ori pe parcursul evoluției.

„Faptul că anti-CRISPR-urile pe care le-am descoperit sunt atât de abundente în natură sugerează că sunt foarte utile și au o mare semnificație dintr-o perspectivă biologică”, spune Morten Sommer, director științific la Centrul pentru Biosustenabilitate al Fundației Novo Nordisk (DTU).

Aceste descoperiri sugerează că anti-CRISPR-urile ar putea juca probabil un rol mult mai semnificativ în interacțiunea dintre fagi și gazdă decât ceea ce s-a sugerat anterior.

Stai, de ce este din nou toate astea importante?

Aplicațiile genelor anti-CRISPR, în acest moment, au ca scop îmbunătățirea editarea genelor sistem. Studiile anterioare din acest domeniu au demonstrat că proteinele anti-CRISPR pot fi folosite pentru a reduce erorile, cum ar fi tăierea ADN-ului la site-uri în afara țintei, atunci când se face editarea genomului în laborator.

"Astăzi, majoritatea cercetătorilor care utilizează CRISPR-Cas9 întâmpină dificultăți în controlul sistemului și al activității în afara țintei. Prin urmare, sistemele anti-CRISPR sunt foarte importante, deoarece doriți să puteți activa și dezactiva sistemul pentru a testa activitatea. Prin urmare, aceste noi proteine ​​ar putea deveni foarte utile ", spune Morten Sommer.

Mai mult, cercetătorii au descoperit de fapt că cele patru noi proteine ​​anti-CRISPR par să aibă trăsături și proprietăți diferite. În viitor, acest lucru va fi foarte interesant de investigat în continuare. Ar putea însemna că există proteine ​​care ar putea fi adaptate la anumite niveluri de expresie sau preocupări de siguranță. Sau chiar dezvoltarea proteinelor capabile să activeze și să oprească CRISPR în funcție de stimuli externi, lucru care ar fi extrem de util.

În cele din urmă, indiferent de modul în care merge cercetarea, nu există nicio îndoială că proteinele anti-CRISPR vor juca un rol important în următorul salt înainte în medicina genetică.


Priveste filmarea: What would happen if you didnt drink water? - Mia Nacamulli (Noiembrie 2021).