Den nyeste gen-editor forbedrer radikalt på CRISPR

Konceptuel illustration af to dåser, en almindelig Crispr, en Prime Ms Tech

På trods af al sin velfortjente berømmelse er genredigeringsværktøjet CRISPR i virkeligheden ret hårdt for genomet. Det er en DNA-saks, der klipper den dobbelte helix, og det, der kaldes redigering, er faktisk en celles forhastede forsøg på at lappe tingene sammen igen. Det introducerer fejl: Kritikere har endda kaldt disse uforudsigelige ændringer for en form for genom-hærværk.

Så forskere søger efter måder at få CRISPR til at leve op til sit ry som en rigtig søg-og-erstat-funktion for gener. Med David Lius ord, biolog fra Harvard University, er genomingeniørernes ultimative ambition evnen til at foretage praktisk talt enhver målrettet ændring i genomet af enhver levende celle eller organisme.

I dag introducerer Liu i den seneste - og muligvis vigtigste - af de seneste forbedringer af CRISPR-teknologien prime editing, en molekylær gadget, som han siger, kan omskrive enhver form for genetisk fejl uden faktisk at adskille DNA-strengen, som CRISPR gør.

Den nye teknologi bruger et konstrueret protein, der iflg en rapport af Liu og 10 andre i dag i tidsskriftet Nature, kan transformere ethvert enkelt DNA-bogstav til et hvilket som helst andet, samt tilføje eller slette længere strækninger. Faktisk hævder Liu, at den er i stand til at reparere næsten enhver af de 75.000 kendte mutationer, der forårsager arvelig sygdom hos mennesker.

CRISPR 1.0 bruges oftest til at deaktivere gener - hvilket gør det nyttigt til forskning og muligvis til behandling af en undergruppe af sygdomme, hvor en DNA-sletningsknap er det, der kræves. Mere omfattende genudskiftninger er også mulige med dette værktøj, men de er ikke nemme at kontrollere.

Den nye teknologi, som leverer en bredere menu af redigeringer med mere finesse, er allerede uanede penge værd. Allerede før avisen blev offentliggjort, havde et syndikat af venturekapitalister, inklusive Newpath, Googles venturearm og F-Prime, dannet et selskab, Prime Medicine, og købt rettighederne til det fra Broad Institute, hvor Liu har et laboratorium.

Virksomheden er meget ny - ingen placering endnu, ingen ansatte - så vi bliver nødt til at vente med at lære, om det bliver det seneste at forsøge at udvikle CRISPR-lægemidler eller vil gøre noget andet. Robert Nelsen, en partner hos Arch Venture Partners, en fond, der også er involveret i handlen, sendte en e-mail for at sige, at han ikke kunne give flere detaljer. Fantastisk tid i den videnskabelige verden, skrev han. Vi siger ikke noget på nuværende tidspunkt.

Hvordan fungerer prime-redigering?

Det er en type CRISPR, fordi det anvender det samme bakterielle mirakelprotein, Cas9, som kan nulstilles på en forudbestemt placering i et plante- eller dyregenom og finde vej blandt milliarder af bogstaver. Men i modsætning til CRISPR classic bryder prime-redigering ikke DNA-helixen.

Liu og hans gruppe beholdt den del af Cas9, der fungerer som en målsøgningsmekanisme, men fjernede saksedelen - en komponent kaldet en nuklease. I stedet for splejsede de et andet enzym, revers transkriptase, velkendt i biologilærebøger, fordi det er det, der tøffer langs dine kromosomer, når dine celler deler sig og spoler en ny kopi ud.

En dokumenteditor er virkelig det rigtige billede, hvis du vil forestille dig, hvordan Lius nye konstruerede molekyle fungerer. For det første tilføjer forskere en smule genetisk tekst, de vil lægge ind i et genom (tænk på det som kopikommandoen). Cas9 fungerer derefter som markøren og finder den rigtige position i DNA'et. Til sidst fungerer omvendt transkriptase som en indsætkommando, der kopierer den genetiske tekst, som forskerne har udarbejdet.

Lius team, inklusive postdoc Andrew Anzalone, prøvede førstegangsredigering på celler i deres laboratorium. De siger, at de har rettet fejlen, der forårsager seglcellesygdom (et forkert bogstav), den, der fører til Tay-Sachs sygdom (fire ekstra bogstaver), og en mutation, der er en almindelig årsag til cystisk fibrose (tre manglende bogstaver).

Den originale CRISPR kan også laves til at udføre nogle af disse tricks, men med lave odds for nøjagtige resultater, hvilket er grunden til i de sidste mange år, Lius laboratorium havde forsøgt at udvide teknologiens evner. En tidligere opfindelse, baseredigering, gjorde det muligt for dem at transmutere visse individuelle DNA-bogstaver til andre. Alligevel var ikke enhver form for forandring mulig. Prime redigering, siger de, kunne tænkes at reparere de fleste arvelige DNA-fejl fundet i den menneskelige art, der forårsager genetisk sygdom.

De store summer, der er involveret i kampen om at kommercialisere redigerings-superværktøjer, er tydelige i IPO-planerne fra Beam Therapeutics, et separat firma Liu grundlagde for at arbejde med basisredigering, hvilket også har hjulpet med at fremme prime-redigering. Harvard-forskerens økonomiske andel i den genredigerende startup, der sigter mod at behandle blodsygdomme som seglcelle, forventes at være mere end 50 millioner dollars værd, når Beam bliver børsnoteret.

Løftet om potentielt at løse hele spektret af arvelige menneskelige lidelser er enormt, men i praksis er det stadig fjernt. Redigeringsværktøjer er ikke som aspirin, et lille molekyle, der let glider ind i cellerne. Den primære redaktør er i molekylære termer gigantisk - så at få det ind i folks celler vil kræve noget som genterapi.

Forskningen blev betalt af regeringen og filantroper og udført på Harvard og nonprofit Broad Institute. Systemet vil blive gjort tilgængeligt for blot et par dollars gennem et clearinghus, Addgene , for alle, der ønsker at bruge det til grundlæggende videnskab.

Da CRISPR 1.0, basisredigering og prime-redigering hver især har nogle fordele og ulemper, forventer Liu, at alle forbliver i brug. Med prime-redigering er det ikke hver celle, der tager den ønskede ændring op - hvilket betyder, at den endnu ikke er så effektiv, som forskerne ønsker.

Dette er begyndelsen snarere end slutningen, fortalte Liu journalister i en telefonkonference arrangeret af Nature. Hvis CRISPR er som en saks, er basiseditorer som en blyant. Så kan du tænke på prime editorer som et tekstbehandlingsprogram, der er i stand til præcis søgning og erstatning ... Alle vil have roller.

Efterhånden som genomredigering bliver mere potent, vil kontroverser omkring visse potentielle anvendelser - for eksempel at lave designerbabyer, genetiske pesticider eller endda bioterrorvåben - sandsynligvis blive skærpet.

Liu svarede ikke på spørgsmål om, hvorvidt det kraftfulde nye værktøj har nogle ulemper, eller hvordan økonomiske incitamenter former valget om at skabe, og bredt dele, disse midler til at ændre det molekyle, alt liv er baseret på.

skjule