Mokslininkai atrado revoliucinę CRISPR genų redagavimo techniką pažabojantį „jungtuką“

Per praėjusius metus apie CRISPR daug prirašyta. Galingas genų redagavimo įrankis gali greitai ir lengvai „iškirpti ir įklijuoti“ genus, o tai reiškia, kad ja mokslininkai gali ištaisyti ligas žmonių ląstelėse, ir netgi užkirsti kelią genetiniams susirgimams. Lapkritį , CRISPR buvo pirmą kartą išbandytas su plaučių vėžiu sergančiais pacientais.

Tačiau nepaisant potencialo, tai vis viena yra dar labai nauja technologija, kuri, kaip ir bet kuri kita nauja technologija, gali sukelti nenumatytus pašalinius poveikius, kurių dar negalime numatyti – o tai gali liūdnai baigtis, pradėjus ją reguliariai naudoti žmonėms. O gera naujiena – mokslininkai mano suradę „išjungimo mygtuką“, sustabdantį CRISPR.

„Ir tyrėjai, ir visuomenė pagrįstai nerimauja, kad CRISPR yra toks galingas, jog potencialiai galima jį panaudoti ir pavojingiems dalykams,“ sako mikrobiologas Bondy-Denomy iš Kalifornijos universiteto, San Franciske, kurio laboratorijoje tyrimas ir atliktas.

„Šie inhibitoriai suteikia galimybę užblokuoti ištrūkusį iš kontrolės CRISPR, tad galima saugiau tirti visu būdus, kaip ši technologija galėtų padėti žmonėms.“

CRISPR bėda, kad labai sunku atliktus pokyčius išlaikyti – genetinių pokyčių neįmanoma paprastai lengvai ištaisyti.

Naujasis „jungtukas“ jau atliktų pokyčių neatšaukia, bet gali greitai sustabdyti sistemą, kol ji neatliko jokių naujų pakeitimų.

CRISPR, arba oficialiai CRISPR/Cas 9 sistema, veikia kaip molekulinės žirklės. Iš pradžių ji buvo aptikta bakterijose, kur naudojama, kaip genetinis ginklas, saugantis bakterijas nuo užsikrėtimo virusais (taip, netgi bakterijos gali užsikrėsti).

Iš esmės ji veikia taip: kaskart bakterijai užsikrėtus virusu, maža to viruso DNR dalis išsaugoma genetiniame archyve, CRISPR, kad galėtų bakterija atpažinti jį kitą kartą.

Jei „kitas kartas“ įvyksta, ši viruso DNR perkeliama į slaptą ginklą Cas 9 – fermentą, ieškantį DNR, sutampančios su saugoma archyve, iškerpantį ją iš bakterijos, ir taip nukenksminantį virusą.

Bet 2012 metais tyrėjai suprato, kad šią sistemą galima užprogramuoti iškirpti ką tik nori. Taigi, pridedate norimą iškirpti geną į CRISPR, ir Cas 9 jį iškerpa.

Bėda tik, kad šis įrankis vis dar labai naujas. Nors jis daug paprastesnis ir tikslesnis už bet kurią mokslininkų turėtą genų redagavimo techniką, vis dar mokomės ją visapusiškai įvaldyti. Kinų mokslininkai, kurie pirmieji panaudojo CRISPR negyvybingiems žmonių embrionams dar 2015 m., pripažino, kad prieš panaudojant šį įrankį klinikoje, dar teks įveikti „rimtas kliūtis“.

Nerimaujama, kad Cas 9 gali atsitiktinai pakeisti ne tą geną, ar kad atlikti pokyčiai gali turėti nenumatytų pašalinių efektų. O dar blogiau, kad netinkamose rankose šis įrankis gali būti panaudotas kontroversiškais ir neetiškais tikslais, tarkime, nereguliuojamam žmogaus genomo keitimui („vaikai pagal užsakymą“).

Bet naujasis „jungtukas“ gali pasiūlyti sprendimą, užkertantį kelią CRISPR pokyčiams. Ir ne tik tai – jis gali ir padidinti pačios technologijos veikimo tikslumą.

Šis jungtukas yra bakterijas atakuojančiuose virusuose atrasti „anti-CRISPR“ baltymai, kur jie išjungia bakterijos genų redagavimo įrankį ir padeda prasmukti į bakterijos DNR.

„Kaip kad CRISPR technologija sukurta iš natūralios bakterijų antivirusinės apsaugos sistemos, galime pasinaudoti ir anti-CRISPR baltymais, kuriais virusai išsisuka nuo bakterijų apsaugos,“ sako tyrimo vadovas Benjamin Rauch.

Komanda išskyrė šiuos anti-CRISPR baltymus iš virusais užkrėstos Listeria bakterijos.

Tyrėjai suprato, kad jei bakterijos Cas 9 veikė tinkamai, jis turėtų pulti nuosavą DNR, nes manytų, kad ji užkrėsta pažįstamu virusu. Bet kadangi to neįvyko, tai reiškia, kažkas turėjo išjungti Cas 9.

Komanda atskyrė baltymus, kurie buvo su tuo susiję ir patikrino, ar kuris nors iš jų gali sustabdyti CRISPR redagavimą žmogaus ląstelėse.

Jie išsiaiškino, kad du baltymai, AcrIIA2 ir AcrIIA4, veikdami drauge, stabdo dažniausiai mokslininkų naudojamas CRISPR sistemas. Jau atliktų genetinių pakitimų atšaukti jie negalėjo, bet galėjo sustabdyti bet kokį redagavimą, sustabdydami Cas 9 ir neleisdami jam karpyti genomo.

Tai rodo, kad šie baltymai galėtų išjungti geno redagavimą netgi už laboratorijos ribų, ir išjungti bet kokią nesankcionuotą veiklą.

Dabar komanda siekia ne tik toliau vystyti „jungiklį“, bet ir išsiaiškinti, kaip šiuos baltymus būtų galima panaudoti CRISPR redagavimo technikos tobulinimui.

„Kitas žingsnis yra pademonstruoti, kad šių inhibitorių naudojimas iš tiesų gali patobulinti genų redagavimo tikslumą ir sumažinti pašalinius poveikius,“ sako Rauch.

„Norime tiksliai suprasti, kaip baltymai inhibitoriai blokuoja Cas9 genų redagavimo gebėjimus, ir toliau ieškome daugiau ir geresnių CRISPR inhibitorių kitose bakterijose.“

Tyrimas publikuotas Cell.

Fiona Macdonald
sciencealert.com