211service.com
De nieuwste gen-editor verbetert CRISPR radicaal
Conceptuele illustratie van twee blikjes, een gewone Crispr, een Prime mevrouw Tech
Ondanks al zijn welverdiende roem, is de tool voor het bewerken van genen CRISPR in werkelijkheid behoorlijk zwaar voor het genoom. Het is een DNA-schaar die de dubbele helix doorsnijdt, en wat bewerking wordt genoemd, is eigenlijk de haastige poging van een cel om dingen weer aan elkaar te plakken. Dat introduceert fouten: critici hebben deze onvoorspelbare veranderingen zelfs een vorm van genoomvandalisme genoemd.
Daarom zoeken onderzoekers naar manieren om CRISPR zijn reputatie als een echte zoek-en-vervangfunctie voor genen waar te maken. In de woorden van David Liu, een bioloog van Harvard University, is het ultieme streven van genoomingenieurs het vermogen om vrijwel elke gerichte verandering in het genoom van elke levende cel of elk levend organisme aan te brengen.
Vandaag, in de nieuwste - en misschien wel belangrijkste - recente verbeteringen aan de CRISPR-technologie, introduceert Liu prime-editing, een moleculaire gadget die volgens hem elk type genetische fout kan herschrijven zonder de DNA-streng echt door te snijden, zoals CRISPR doet.
De nieuwe technologie maakt gebruik van een gemanipuleerd eiwit dat, volgens een verslag door Liu en 10 anderen vandaag in het tijdschrift Nature, kan elke enkele DNA-letter in een andere transformeren en langere stukken toevoegen of verwijderen. Liu beweert zelfs dat het in staat is om bijna alle 75.000 bekende mutaties te repareren die erfelijke ziekten bij mensen veroorzaken.
CRISPR 1.0 wordt het vaakst gebruikt om genen uit te schakelen, waardoor het nuttig is voor onderzoek en mogelijk bij de behandeling van een subset van ziekten waarbij een DNA-verwijderknop nodig is. Uitgebreidere genvervangingen zijn ook mogelijk met deze tool, maar zijn niet gemakkelijk te controleren.
De nieuwe technologie, die een breder menu van bewerkingen met meer finesse levert, is al onnoemelijk veel geld waard. Zelfs voordat het artikel werd gepubliceerd, had een syndicaat van durfkapitalisten, waaronder Newpath, de venture-tak van Google, en F-Prime, een bedrijf opgericht, Prime Medicine, en de rechten daarop gekocht van het Broad Institute, waar Liu een laboratorium heeft.
Het bedrijf is erg nieuw - nog geen locatie, geen werknemers - dus we zullen moeten afwachten of het de laatste zal zijn om CRISPR-medicijnen te ontwikkelen of iets anders zal doen. Robert Nelsen, een partner bij Arch Venture Partners, een fonds dat ook bij de deal betrokken was, stuurde een e-mail om te zeggen dat hij niet meer details kon geven. Geweldige tijd in de wetenschappelijke wereld, schreef hij. We zeggen op dit moment niets.
Hoe werkt prime-editing?
Het is een soort CRISPR omdat het gebruik maakt van hetzelfde bacteriële wondereiwit, Cas9, dat op een vooraf bepaalde locatie in het genoom van een plant of dier kan invallen en zijn weg vindt tussen miljarden letters. Maar in tegenstelling tot CRISPR classic, breekt prime-editing de DNA-helix niet.
Liu en zijn groep behielden het deel van Cas9 dat dient als zoekmechanisme, maar verwijderden het schaargedeelte - een onderdeel dat een nuclease wordt genoemd. In plaats daarvan splitsten ze een ander enzym, reverse transcriptase, bekend in biologieboeken omdat het is wat langs je chromosomen sjokt wanneer je cellen zich delen, en een nieuwe kopie uitspoelen.
Een documenteditor is echt de juiste afbeelding als je je wilt voorstellen hoe Liu's nieuw ontwikkelde molecuul werkt. Eerst voegen onderzoekers een stukje genetische tekst toe die ze in een genoom willen plaatsen (zie dat als het kopieercommando). Cas9 werkt dan als de cursor en vindt de juiste positie in het DNA. Ten slotte werkt reverse transcriptase als een plakopdracht, waarbij de genetische tekst wordt gekopieerd die door de wetenschappers is opgesteld.
Liu's team, waaronder postdoc Andrew Anzalone, probeerde eerste bewerkingen uit op cellen in hun laboratorium. Ze zeggen dat ze de fout hebben verholpen die sikkelcelziekte veroorzaakt (één verkeerde letter), de fout die leidt tot de ziekte van Tay-Sachs (vier extra letters) en een mutatie die een veelvoorkomende oorzaak is van cystische fibrose (drie ontbrekende letters).
De originele CRISPR kan ook gemaakt worden om een aantal van deze trucs uit te voeren, maar met een lage kans op nauwkeurige resultaten. Daarom probeerde Liu's lab de afgelopen jaren de mogelijkheden van de technologie uit te breiden. Een eerdere uitvinding, base-editing, stelde hen in staat bepaalde individuele DNA-letters in andere te transmuteren. Toch was niet elk type verandering mogelijk. Prime-editing, zeggen ze, zou mogelijk de meeste erfelijke DNA-fouten kunnen herstellen die bij de menselijke soort worden gevonden en die genetische ziekten veroorzaken.
De grote bedragen die gemoeid zijn met de strijd om de bewerkings-supertools te commercialiseren, blijkt duidelijk uit de IPO-plannen van Beam Therapeutics, een apart bedrijf dat Liu heeft opgericht om te werken aan basisbewerking, wat ook heeft bijgedragen aan het bevorderen van prime-editing. Het financiële belang van de Harvard-onderzoeker in die startup voor het bewerken van genen, die tot doel heeft bloedziekten zoals sikkelcel te behandelen, zal naar verwachting meer dan $ 50 miljoen waard zijn wanneer Beam naar de beurs gaat.
De belofte om mogelijk het hele spectrum van erfelijke menselijke aandoeningen op te lossen is enorm, maar in de praktijk is het nog ver weg. Bewerkingstools zijn niet zoals aspirine, een klein molecuul dat gemakkelijk in cellen glijdt. De hoofdredacteur is, in moleculair termen, gigantisch - dus om het in de cellen van mensen te krijgen, zal zoiets als gentherapie nodig zijn.
Het onderzoek werd betaald door de overheid en filantropen en uitgevoerd aan Harvard en het non-profit Broad Institute. Het systeem zal voor slechts een paar dollar beschikbaar worden gesteld via een verrekenkantoor, Addgene, voor iedereen die het wil gebruiken voor basiswetenschap.
Aangezien CRISPR 1.0, basisbewerking en prime-bewerking elk een aantal voor- en nadelen hebben, verwacht Liu dat ze allemaal in gebruik blijven. Met prime-editing neemt niet elke cel de gewenste verandering over, wat betekent dat het nog niet zo efficiënt is als onderzoekers zouden willen.
Dit is eerder het begin dan het einde, vertelde Liu aan journalisten in een door Nature georganiseerde telefonische vergadering. Als CRISPR als een schaar is, zijn basiseditors als een potlood. Dan kun je hoofdeditors zien als een tekstverwerker, in staat om nauwkeurig te zoeken en te vervangen ... Ze hebben allemaal een rol.
Naarmate genoombewerking krachtiger wordt, zullen controverses rond bepaalde mogelijke toepassingen, bijvoorbeeld om designerbaby's, genetische pesticiden of zelfs bioterreurwapens te maken, waarschijnlijk worden aangescherpt.
Liu beantwoordde geen vragen over de vraag of de krachtige nieuwe tool nadelen heeft of hoe financiële prikkels de keuze vormen om deze middelen te creëren en op grote schaal te delen om de molecule te veranderen waarop het hele leven is gebaseerd.