Rewolucyjna technika edycji genomu CRISPR-Cas9 została właśnie ulepszona. Nowy, potężny system zwany prime editing, może zaoferować znacznie większą precyzję, kontrolę i wydajność niż obecny standard CRISPR. Być może dzięki nowej metodzie uda się naprawić najbardziej szkodliwe mutacje DNA prowadzące do niebezpiecznych chorób.
Technika edycji genów CRISPR-Cas9 zyskała wielką popularność wśród naukowców w ostatnich latach. Jednak pomimo swoich wielu walorów, narzędzie to jest nadal nieco niezgrabne oraz podatne na błędy i niezamierzone efekty. Opracowana właśnie alternatywa oferuje większą kontrolę i precyzję nad edytowanym genomem. Postęp ten może być szczególnie ważny przy opracowywaniu nowych terapii genowych.
Wyobraźmy sobie, że informacją genetyczną daje się manipulować tak swobodnie, jak literami, słowami i zdaniami w edytorze tekstów. Można wyszukiwać zbitki liter w tekście, kasować niepotrzebne fragmenty, w dokładnie wyznaczone miejsca wklejać nowe słowa. A w ten sposób dość swobodnie przeprojektować genom, aby wpływać na właściwości organizmów. Takie możliwości otworzyła metoda edycji genów CRISPR-Cas9. Dzięki niej można programować geny z precyzją do pojedynczych nukleotydów - „liter” tworzących informację genetyczną. Pozwala ona w stosunkowo łatwy i tani sposób wycinać, dodawać czy modyfikować poszczególne geny u roślin i zwierząt. Także u człowieka.
Jednak metoda ta, uznana za jedno z najpotężniejszych narzędzi nowoczesnej medycyny, może być bardzo ryzykowna. Jej stosowanie może prowadzić do wystąpienia setek niepożądanych mutacji w genomie. Opracowana właśnie alternatywna metoda, zwana prime editing, zwiększa szanse na to, że zmiany w edytowanym genomie będą takie, jak zamierzali badacze. Innymi słowy ograniczy liczbę niezamierzonych błędów, których naukowcy nie są w stanie przewidzieć, wynikających ze stosowania techniki CRISPR-Cas9.
Opis metody prime editing ukazał się na łamach pisma „Nature”.
Metoda prime editing opracowana przez naukowców z Broad Institute umożliwia dodawanie lub usuwanie krótkich sekwencji DNA lub zmianę jednej litery DNA na drugą, przy mniejszej liczbie niepożądanych efektów ubocznych. Zbliża się do idealnej formy edycji genomu, która działałaby jak polecenie „znajdź i zamień” w edytorze tekstu.
Nowe narzędzie wydaje się także być w stanie dokonywać szerszej edycji genomu, co może kiedyś pozwolić na jego zastosowanie w leczeniu wielu chorób genetycznych, które pozostają nieuleczalne. David Liu z Broad Institute, jeden z współautorów nowej metody oszacował, że prime editing może pomóc badaczom w znalezieniu rozwiązania na prawie 90 proc. z ponad 75 tys. bardziej lub mniej szkodliwych mutacji, o których wiadomo, że zaburzają ludzki genom i prowadzą do takich chorób, jak mukowiscydoza, anemia sierpowata czy choroba Taya-Sachsa.
Specyfika zmian, do których zdolne jest to najnowsze narzędzie, może również ułatwić naukowcom opracowanie modeli chorób w laboratorium lub badanie funkcji określonych genów. - Nie znamy innej technologii edycji w komórkach ssaków, która oferuje ten poziom wszechstronności i precyzji przy tak niewielu skutkach ubocznych – powiedział Liu.
Prime editing raczej nie zastąpi całkowicie metody CRISPR-Cas9, dlatego że za jej pomocą nie da się wykonać dużych wstawek lub usunięć DNA, do których zdolna jest CRISPR–Cas9. W przypadku nowej metody, zmiana, którą chce wprowadzić badacz, jest zakodowana na nici RNA. Im dłuższa jest ta nić, tym bardziej prawdopodobne jest, że zostanie ona uszkodzona przez enzymy w komórce. Wydaje się, że różne rodzaje metod edycji genomu nadal będą potrzebne do różnych rodzajów edycji. Jednak nowe narzędzie jest bardziej precyzyjne i wszechstronne.
Metoda CRISPR-Cas9, nazywana także „molekularnymi nożyczkami”, wykorzystuje białko o nazwie Cas9, do cięcia DNA w określonym punkcie i wprowadzeniu modyfikacji. Dwuniciowa struktura DNA pomaga komórkom naprawić niektóre formy uszkodzeń. Ponieważ dwie nici się uzupełniają, komórka może czasami naprawić błąd w jednej, odwołując się do drugiej. Ale Cas9 tnie obie nici, co oznacza, że komórka zwykle popełnia błędy podczas naprawy, wprowadzając niezamierzone mutacje.
Prime editing omija problemy związane z metodą CRISPR-Cas9. Chociaż używa także białka Cas9 do rozpoznawania specyficznych sekwencji DNA, to podstawą nowej metody jest enzym odwrotnej transkryptazy, który działa w połączeniu z Cas9. W efekcie wycinana jest tylko jedna nić DNA, a enzym odwrotnej transkryptazy bezpośrednio kopiuje edytowaną informację genetyczną zawartą w RNA do docelowego miejsca.
Cała idea polega na tym, że nie trzeba ciąć obu nici DNA, by wprowadzać zmiany, a potem polegać na systemie naprawy DNA komórki, którego badacze nie potrafią kontrolować. Oznacza to, że technika prime editing może umożliwić opracowanie metod leczenia chorób genetycznych spowodowanych mutacjami, których nie da się łatwo rozwiązać za pomocą istniejących narzędzi do edycji genów.
- Wszechstronność nowej metody stała się oczywista wraz z jej opracowaniem – wyjaśnił współautor badań Andrew Anzalone. - Fakt, że mogliśmy bezpośrednio skopiować nową informację genetyczną do miejsca docelowego był objawieniem. Jesteśmy bardzo podekscytowani – dodał.
W publikacji naukowcy szczegółowo opisali przeprowadzone przez nich badania laboratoryjne, w tym ponad 175 edycji w komórkach ludzkich i mysich. Wyniki pokazały, że zastosowanie nowej metody wiąże się ze znacznie mniejszą liczbą niepożądanych skutków ubocznych i mniejszą liczbą modyfikacji poza obranym przez badaczy celem niż w przypadku metody CRISPR-Cas9.
Nowa metoda otwiera drzwi do nowej ery edycji genomu. Jednak naukowcy podkreślają, że metoda jest na wczesnym etapie o potrzeba więcej badań, zanim będzie można zacząć ją stosować.
Źródło: Nature
