מעניין

חלבונים "אנטי- CRISPR" מפורטים לאחרונה עשויים להחזיק את המפתח לעריכה גנטית בטוחה

חלבונים

אם בכלל שמתם לב להתקדמות ברפואה הגנטית - וגם אם לא עשיתם - כנראה ששמעתם די הרבה על טכנולוגיה בשם CRISPR לאחרונה.

זו טכניקה חדשה לעריכת גנים שיש לה יתרונות מובהקים של פעולה מדויקת, זולה ומהירה במיוחד, והיא תופסת את עולם המחקר הביולוגי בסערה בגלל היישומים הכמעט בלתי מוגבלים שלה לטיפול במחלות ומוגבלות.

ראה גם:ביולוגיה קוונטית: מפחיד, מסתורי, ויסודי לחיים עצמם

אך למרות כל ההתרגשות סביבו, ל- CRISPR נותרו כמה מכשולים משמעותיים לפינוי. ראשית, בעוד התהליך עובד בצורה מדהימה בתרביות תאים ובאנלוגים פשוטים של בעלי חיים, עדיין אין עדויות רבות לכך שתהיה לו אותה סוג של יעילות בבני אדם.

יתר על כן, בעוד שהמיקוד הגנטי המשמש ב- CRISPR הוא מדויק להפליא, אלא אם כן הוא באמת מושלם, זה עדיין יהיה משהו שעלול להעמיד חולה בסיכון מוגבר מאוד לסרטן.

זה קורה מכיוון שללא דרך לומר למערכת CRISPR להפסיק, ייתכן שהיא יכולה להמשיך להכניס את הגן החדש, או פשוט לגזוז את ה- DNA של המארח במקומות דומים מספיק למטרה כדי שהוא יתבלבל ללא הגבלת זמן. ואם באחד המקומות האלה זה שינוי מקרי הוא גן מדכא גידולים ... ובכן, ככה קורה סרטן.

עם זאת, כל התקווה לעתיד ללא מחלות גנטיות לא הולכת לאיבוד מכיוון שמחקר חדש שפורסם בכתב העת Cell Host & Microbe מצא ארבעה חדשים. נגד CRISPR חלבונים שעלולים לשמש לוויסות מערכת עריכת הגן, כיבוי או הפעלה כרצונו, והפחתה ניכרת של הסיכונים לטווח הארוך.

ומכיוון שחלבונים אלה התגלו מבוזרים על פני מגוון רחב של סביבות, זה גם מציע כי חלבונים אלה עשויים להיות הרבה יותר נרחבים ממה שהבנו, כלומר, עוד יותר יכול להיות חידוד ככל שגילויים חדשים מתגלים.

אני מבין שעוד לא סיפרתי לך הרבה על מה הם למעשה החלבונים האנטי- CRISPR האלה - בוא נתקן את זה! אבל לפני שנוכל להגיע ללב האופן שבו הדברים האלה עובדים, עלינו לחזור ולהזכיר לעצמנו במהירות את המנגנונים והמקורות של CRISPR עצמו.

מקורו של CRISPR כנשק במרוץ חימוש גנטי.

ה פונקציה מקורית של מערכות CRISPR היה כמערכת חיסונית חיידקית שמאפשרת לחיידק להילחם בנגיפים מדביקים הנקראים פאג'ים (כן, חיידקים יכולים להגיע גם לנגיפים, נכון !?) בצורה ממוקדת.

הפיתוח של מערכת מיקוד נוזלית מאוד לדנ"א פולשני הוא זה שמקנה להם את אופיים הניתן לתכנות, ולכן מערכות CRISPR, ובמיוחד Cas9, נפרסות כיום בתעשיית מדעי החיים עם פוטנציאל לספק טיפולי גנים פורצי דרך, חדשים. אנטיביוטיקה וטיפולי מלריה.

מעניין שבמלחמה זו של הדבקה והגנה פאגים התפתחו חלבונים נגד CRISPR כדי להתגבר על מערכות ה- CRISPR החיידקיות במעין מירוץ חימוש אבולוציוני. חלבונים אלה מעכבים במהירות את מערכת ההגנה של החיידק המארח ומשאירה את החיידק חשוף לזיהום, ובסופו של דבר להרס, על ידי הנגיף הפולש.

לפיכך, ניתן להשתמש גם בחלבונים ספציפיים אלה על מנת להשבית את מערכת CRISPR כאשר משתמשים בה טיפולית, מה שמאפשר לחוקרים להפסיק את ההתערבות הגנטית לאחר הכנסת ה- DNA החדש, ולהפחית את הסיכון לטווח הארוך לסרטן וסיבוכים אחרים.

מדוע אנו פשוט מגלים זאת?

למרות חשיבותם הביולוגית המשמעותית, רק כמה נגד CRISPRחלבונים התגלו עד כה בתת קבוצה מסוימת של חיידקים. החלבונים הנוכחיים נגד CRISPR אינם נמצאים בשפע בטבעם וזוהו רק על ידי חקר ה- DNA של הפאגים שהצליחו להדביק חיידקים המחזיקים ב- CRISPR-Cas9.

בשיטה זו מסתמכים על היכולת לטפח חיידקים ועל פאגים המסוגלים להדביק ולהימנע ממעקב אחר מערכת CRISPR Cas9 האנדוגנית במציאתם באופן ספציפי.

המחקר החדש מדנמרק מצא אמנם דרך להקל על בעיית זיהוי הגנים הללו.

"השתמשנו בגישה שונה שהתמקדה בפעילות פונקציונלית נגד CRISPR ולא בדמיון לרצף ה- DNA. גישה זו אפשרה לנו למצוא אנטי CRISPR בחיידקים שלא בהכרח ניתנים לתרבית או להידבק בפאגים. והתוצאות באמת מרגשות, "אומר רובן ווזקז אוריבה, פוסט-דוקטור במרכז קרן נובו נורדיסק לקיימות ביולוגית (DTU).

איך הם עשו את זה?

ה חוקרים זיהה את הגנים האנטי-CRISPR על ידי שימוש ב- DNA הכולל מארבע דגימות צואה אנושיות, שתי דגימות אדמה, דגימת צואה פרה אחת ודגימת צואה אחת לחזיר (אף אחד לא בטוח לגמרי מדוע כל כך היה מעוניין לעבוד עם קקי אבל בואו ננסה לא לִשְׁפּוֹט).

ה- DNA נחתך לחתיכות קטנות יותר והובע באופן אקראי על פלסמיד (טבעת DNA קטנה) בתוך תא חיידקי. תא זה הכיל מעגל גנטי לבחירת פעילות נגד CRISPR.

בקיצור, משמעות הדבר היא שתאים המכילים פלסמיד עם גן אנטי-CRISPR פוטנציאלי יהפכו עמידים לאנטיביוטיקה מסוימת. נהפוך הוא, תאים שבהם הפלסמיד לא העניק פעילות נגד CRISPR ימותו. בעזרת מערכת זו, החוקרים יכלו לזהות ולבחור בקלות DNA עם פעילות נגד CRISPR ולהתחקות אחר מקורו.

באמצעות גישה זו של ספרייה מטא-גנומית, המדענים הצליחו לזהות אחד עשר שברי DNA שעוקפו את פעילות Cas9.

אפיון נוסף יכול לאשר את הפעילות של ארבעה אנטי-CRISPR חדשים. ניתוח נוסף העלה כי הגנים שזוהו בדגימות הצואה נמצאים למעשה בחיידקים הנמצאים בסביבות מרובות, למשל בחיידקים החיים במעי חרקים, מי ים ומזון.

זה מראה שהגנים שהתגלו לאחרונה התפשטו בענפי חיידקים רבים בעץ החיים, ובמקרים מסוימים עם עדויות לכך שחלק מהגנים הללו הועברו אופקית פעמים רבות במהלך האבולוציה.

"העובדה שהנוגדים נגד CRISPR שגילינו הם כה שופעים באופיים מרמזים על כך שהם שימושיים מאוד ויש להם משמעות גדולה מנקודת מבט ביולוגית", אומר מורטן זומר, מנהל מדעי במרכז קרן נובו נורדיסק לקיימות ביולוגית (DTU).

ממצאים אלה מצביעים על כך שאנטי- CRISPR עשויים למלא תפקיד משמעותי בהרבה ביחסי הגומלין בין הפאג למארח ממה שהוצע בעבר.

רגע, למה כל זה שוב חשוב?

היישומים של גנים אנטי- CRISPR, כרגע, כל עניינם טובים יותר עריכת גנים מערכת. מחקרים מוקדמים יותר בתחום זה הוכיחו כי ניתן להשתמש בחלבונים נגד CRISPR להפחתת טעויות, כגון חיתוך DNA באתרים מחוץ למטרה, בעת עריכת גנום במעבדה.

"כיום, רוב החוקרים המשתמשים ב- CRISPR-Cas9 מתקשים לשלוט במערכת ובפעילות מחוץ למטרה. לכן, מערכות נגד CRISPR חשובות מאוד מכיוון שאתה רוצה להיות מסוגל להפעיל ולכבות את המערכת שלך כדי לבדוק את הפעילות. לכן, החלבונים החדשים האלה עשויים להיות שימושיים מאוד ", אומר מורטן זומר.

יתר על כן, החוקרים גילו כי לארבעת החלבונים החדשים נגד CRISPR נראה כי יש להם תכונות ותכונות שונות. בהמשך, זה יהיה מאוד מרגש לחקור עוד יותר. זה יכול להיות שקיימים חלבונים שיכולים להיות מותאמים לרמות ביטוי מסוימות או לחששות בטיחות. או אפילו פיתוח של חלבונים המסוגלים להפעיל ולכבות את CRISPR על פי גירויים מבחוץ, דבר שיהיה שימושי ביותר.

בסופו של דבר, בכל דרך שתעבור המחקר, אין ספק שחלבונים נגד CRISPR ישחקו תפקיד גדול בקפיצה הבאה ברפואה הגנטית.


צפו בסרטון: The Realities of Gene Editing with CRISPR I NOVA I PBS (סֶפּטֶמבֶּר 2021).