Programmerbar genredigering: Søgningen efter genredigering med høj præcision

• Forfatter:
• Forfatter navn

  Quantumrun Foresight
• 19. December, 2022

Oversigt over indsigt

Genredigering har ført til spændende opdagelser inden for genetiske terapier, såsom potentielt "fiksering" af kræftceller og muterede celler. Forskere udforsker dog bedre måder at målrette celler mere præcist på gennem naturligt forekommende genetiske redigeringsprocesser. De langsigtede implikationer af programmerbar genredigering kunne omfatte øget genetisk forskningsfinansiering og bedre værktøjer til personlig medicin.

Programmerbar genredigeringskontekst

Genom redigering er en kraftfuld teknik, der gør det muligt for forskere at foretage målrettede ændringer af en organismes genetiske kode. Denne metode kan opnås på flere forskellige måder, herunder indførelse af DNA-brud eller mutationer ved brug af manipulerede sekvensspecifikke nukleaser (SSN'er).

Ved at inducere dobbeltstrengede brud (DSB'er) i et genom kan videnskabsmænd bruge programmerede SSN'er til at målrette mod specifikke steder. Disse DSB'er repareres derefter af cellulære DNA-mekanismer, såsom ikke-homolog endesammenføjning (NHEJ) og homologi-dirigeret reparation (HDR). Mens NHEJ typisk resulterer i upræcise indsættelser eller deletioner, der kan forstyrre genfunktionen, kan HDR introducere præcise ændringer og potentielt korrigere genetiske mutationer.

CRISPR-genredigeringsværktøjet er det mest udbredte inden for dette felt, der involverer en guide (gRNA) og Cas9-enzymet til at "afskære" problematiske tråde. Der er adskillige potentielle fordele ved at bruge denne teknik, herunder behandling af sygdomme som kræft og HIV (humant immundefektvirus) og udvikling af nye terapier til andre lidelser. Men der er også forbundet risici, såsom muligheden for, at specifikke redigeringer kan introducere skadelige mutationer i en organismes DNA. 

I 2021 var der allerede 30 webbaserede softwareplatforme designet til at programmere gRNA, ifølge en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Trends in Plant Science. Disse programmer har varierende niveauer af kompleksitet, hvor nogle gør det muligt for forskere at uploade en lang række sekvenser. Derudover kan nogle værktøjer bestemme off-target mutationer.

Forstyrrende påvirkning

I 2021 opdagede forskere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) og Harvard University en ny klasse af programmerbare DNA-modificerende systemer kaldet OMEGAs (Obligate Mobile Element Guided Activity), som ikke bruger CRISPR-teknologi. Disse systemer kan naturligt blande små stykker DNA gennem bakterielle genomer. Denne opdagelse åbner op for et unikt område inden for biologi, der kan hæve genomredigeringsteknologi fra en beregnet risiko til en mere forudsigelig proces.

Disse enzymer er små, hvilket gør dem nemmere at levere til celler end større enzymer, og de kan hurtigt tilpasses til forskellige formål. For eksempel bruger CRISPR-enzymer gRNA til at målrette og ødelægge virale angribere. Men ved kunstigt at generere deres gRNA-sekvenser kan biologer nu dirigere Cas9-enzymguiden til ethvert ønsket mål. Den lethed, hvormed disse enzymer kan programmeres, gør dem til et stærkt værktøj til at modificere DNA og antyder, at forskere kunne bruge dem til at udvikle genredigeringsterapier. 

En anden lovende forskningsretning inden for programmerbar genredigering er twin prime-redigering, et CRISPR-baseret værktøj udviklet af Harvard-forskere i 2022. Den nye teknik gør det muligt at manipulere store bidder af DNA i genstørrelser i menneskelige celler uden at skære i DNA-dobbelthelixen. Ved at lave større redigeringer end tidligere muligt kan forskere studere og behandle genetiske sygdomme som følge af tab af genfunktion eller komplekse strukturelle mutationer, såsom hæmofili eller Hunters syndrom.

Implikationer af programmerbar genredigering

Bredere implikationer af programmerbar genredigering kan omfatte: 

• Øget finansiering til forskning i genetisk redigering med det formål at diversificere de anvendte teknikker til at opdage mere nøjagtige og sikrere plejemetoder.
• Fremme af personlig medicin gennem målrettede genetiske og sygdomsbehandlinger.
• Biotekvirksomheder udvikler bedre software til automatisering og præcision af genetisk redigering.
• Nogle regeringer øger deres finansiering og forskning i genetisk redigering ved at implementere forskellige pilotforsøg i kræftbehandlinger.
• Længere forventet levetid for mennesker født med genetiske mutationer.
• Nye genetiske værktøjer, der genbruges til at håndtere skadelige sygdomme og mutationer i dyr og plantearter.

Spørgsmål at overveje

• Hvordan tror du ellers, at programmerbar genetisk redigering kan revolutionere sundhedsvæsenet?
• Hvad kan regeringer gøre for at sikre, at disse behandlinger er tilgængelige for alle?