Техниката CRISPR, известна още като „молекулярни ножици“, използва протеини за рязане на ДНК. Тези системи се срещат естествено в бактериите, които използват CRISPR, за да се защитят от вируси. Те режат ДНК и копират здрава структура, за да я залепят в празното пространство.
ДНК често се сравнява със система от четири различни по цвят лего блокчета, които реагират на цитокини: аденозин, гуанин и тиамин. Най-общо казано комбинирането на тези блокчета прави възможно изграждането на различни биологични организми. Но, точно както в строителната игра, замяната на една тухла с друга в крайна сметка може да промени баланса на цялата система. Едно възможно решение е да се променят цели области, вместо да се заменя само една тухла. И точно това прави нова система за редактиране на гени, публикувана в Science.
Подобно на CRISPR, този нов генен редактор също е заимстван от бактерии, но вместо да реже ДНК, той премества големи участъци от едно място на друго по силно насочен начин. Тези системи, наречени CRISPR-асоциирани транспозази (CAST), са известни от 2017 г. и действат като механизъм за „скачащи гени“, за да се преместят, или в рамките на ДНК на същата клетка, или към геномите на други клетки. CAST са привлекателни за генно редактиране, защото, за разлика от молекулярните ножици, те не режат ДНК и следователно не разчитат на клетъчния механизъм за поправяне на отрязания участък. Този процес на поправяне затруднява добавянето на нова ДНК към генома, отчасти защото може да въведе нежелани мутации.
„Едно генетично заболяване може да бъде причинено от много различни мутации в този ген“, обяснява Исак Вите от Харвардския университет и съавтор на изследването. „Например, кистозната фиброза може да бъде причинена от повече от 2000 различни мутации в специфичен ген. Лечението на тези видове състояния с редактиране на генома често изисква много специфични за мутациите подходи. Това е много трудоемко и също така огромно регулаторно усилие.“
CAST биха позволили интегрирането на цели гени в човешката ДНК. В бъдеще това би могло да доведе до по-добър метод за лечение на генетични заболявания, причинени от различни мутации. Досега този подход е тестван само върху човешки клетки в лаборатория. Но ако се докаже, че е безопасен и ефективен за пациентите, той би могъл да предложи алтернатива на инструментите за редактиране на гени, които се фокусират единствено върху специфични „печатни грешки“ в ДНК. Вместо да коригира една-единствена мутация, новата техника би въвела функционално копие на гена в клетките на човек.
Въпреки добрите новини, екипът на Вите все още трябва да усъвършенства някои детайли: CAST-овете, естествено присъстващи в бактериите, не са добре пригодени за човешките клетки. За да заобиколят това, учените са използвали специфична бактерия (Pseudoalteromonas), която в предишни изследвания е показала минимална активност в човешките клетки. След това те са използвали експериментален подход, наречен PACE, за да ускорят еволюцията на този CAST, въвеждайки нови промени в системата във всеки следващ кръг.
Използвайки този процес, екипът разработи нов CAST, който може да интегрира ДНК в човешки клетки с 200 пъти по-голяма ефективност. „Отне повече от 200 часа в PACE, еквивалентни на няколкостотин еволюционни поколения, за да се постигне този резултат“, обяснява Вите. „Същият процес би отнел години, използвайки по-конвенционални методи. Разработеният CAST, наречен evoCAST, включва 10 ключови мутации, необходими за правилното функциониране в човешките клетки. Системата обаче работи по-добре в някои типове клетки и ще са необходими повече изследвания, за да се разбере защо.“ Екипът оцени ефикасността на evoCAST в региони на генома, които носят мутирали гени при определени заболявания, като анемия на Фанкони, синдром на Рет и фенилкетонурия. Резултатите показаха, че evoCAST е действал в приблизително 12% до 15% от третираните клетки. Въпреки че 100% ефикасност вероятно не е необходима за лечение на генетични заболявания, отбелязва проучването, точната ефикасност, необходима за лечение на дадено състояние, вероятно варира.
Авторите тестваха evoCAST като метод за редактиране на имунни клетки, използван в CART клетъчната терапия, при лечение на рак. Това предполага, че този подход за редактиране на гени може да се използва не само в човешкото тяло, но и в лаборатория за производство на този вид клетъчни терапии.
Източник: La Razón
Коментари
:брой коментар