Prime editing: Νέα τεχνολογία επεξεργασίας του DNA

Prime editing: Νέα τεχνολογία επεξεργασίας του DNA

shutterstock

Prime editing είναι το όνομα μιας νέας τεχνολογίας που επιτρέπει την επεξεργασία/ τροποποίηση του DNA, παρέχοντας τη δυνατότητα διόρθωσης του 89% των λαθών στον «κώδικα της ζωής» που προκαλούν ασθένειες, σύμφωνα με επιστήμονες του ΜΙΤ και του Χάρβαρντ στις ΗΠΑ.

Όπως αναφέρει το BBC, η τεχνολογία αυτή έχει χαρακτηριστεί ως «γενετικός επεξεργαστής κειμένου», καθώς επιτρέπει να ξαναγράφεται με ακρίβεια ο γενετικός κώδικας. Στο πλαίσιο των εργαστηριακών δοκιμών έχει χρησιμοποιηθεί για τη διόρθωση επιβλαβών μεταλλάξεων- μεταξύ των οποίων και αυτών που προκαλούν δρεπανοκυτταρική αναιμία.

Ερευνητές στο Broad Institute (ΜΙΤ και Χάρβαρντ) λένε πως είναι «πολύπλευρο και ακριβές», τονίζοντας ωστόσο πως η έρευνα στο αντικείμενο στην πραγματικότητα τώρα αρχίζει.

Σύμφωνα με ανάρτηση στο Phys Org, στο πλαίσιο της νέας αυτής τεχνικής, που αποτελεί βελτίωση της τεχνικής CRISPR, συνδυάζονται δύο από τις πιο σημαντικές πρωτεΐνες στη μοριακή βιολογία (CRISPR-Cas9 και μια αντίστροφη μεταγραφάση) σε μια νέα μέθοδο. Το σύστημα επιτρέπει την απευθείας τροποποίηση ανθρώπινων κυττάρων και αυξάνει σημαντικά τις δυνατότητες ως προς τη χρήση του «gene editing» για βιολογικούς και ιατρικούς σκοπούς, ενώ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διόρθωση του 89% των γνωστών γενετικών μεταλλάξεων που προκαλούν ασθένειες.

«Μια μεγάλη φιλοδοξία στις μοριακές επιστήμες ζωής είναι η δυνατότητα για ακριβείς αλλαγές στο γονιδίωμα σε οποιαδήποτε τοποθεσία. Νομίζουμε πως το prime editing μας φέρνει πιο κοντά σε αυτόν τον στόχο» είπε ο Ντέιβιντ Λιου, καθηγητής στο Ινστιτούτο. «Δεν ξέρουμε άλλη τεχνολογία editing σε κύτταρα θηλαστικών που να παρέχει αυτό το επίπεδο πολυπλευρότητας και ακρίβειας με τόσο λίγα υποπροϊόντα».

Το prime editing διαφέρει από άλλα προηγούμενα συστήματα από την άποψη πως χρησιμοποιεί RNA για να κατευθύνει την εισαγωγή νέων αλληλουχιών DNA σε ανθρώπινα κύτταρα. Το πρώτο εργαλείο CRISPR που χρησιμοποιήθηκε για τροποποίηση γονιδιώματος σε ανθρώπινα κύτταρα ήταν η πρωτεΐνη Cas9. Η Cas9 προκαλεί σπασίματα σε κάθε νήμα DNA, κόβοντάς το. Τα εργαλεία αυτά μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές σε γονίδια σε συγκεκριμένες θέσεις και μετά να επιτρέψουν την εισαγωγή νέων αλληλουχιών μέσα επανασυνδυασμού DNA στην περιοχή, τον οποίο κατευθύνει το ίδιο το κύτταρο. Ως τώρα τα εργαλεία αυτά, που είχαν πρωτοαναπτυχθεί στο εργαστήριο του Λιου, συνδύαζαν την Cas9 με πρωτεΐνες που μπορούν να προκαλούν χημικές αντιδράσεις για την αλλαγή ενός μεμονωμένου γράμματος DNA σε ένα άλλο.

Το νέο σύστημα περιλαμβάνει τον συνδυασμό της Cas9 με μια διαφορετική πρωτεΐνη (αντίστροφη μεταγραφάση), χρησιμοποιώντας ένα νήμα της στοχευόμενης περιοχής DNA για την έναρξη της απευθείας εγγραφής τροποποιημένης γενετικής πληροφορίας στο γονιδίωμα. Ένα νέο είδος RNA- οδηγού, το pegRNA, κατευθύνει το «prime editor» στην περιοχή- στόχο, όπου μια τροποποιημένη Cas9 κόβει ένα νήμα DNA. To pegRNA επίσης περιλαμβάνει επιπλέον νουκλεοτίδια DNA που κωδικοποιούν τη νέα αλληλουχία. Για τη μεταφορά αυτής της πληροφορίας, η αντίστροφη μεταγραφάση «διαβάζει» την επέκταση RNA και γράφει τα αντίστοιχα νουκλεοτίδια DNA στο σημείο- στόχο.

Οι ερευνητές αναφέρουν μια ποικιλία επιτυχημένων τροποποιήσεων σε ανθρώπινα κύτταρα και νευρώνες ποντικιών. «Η ομορφιά αυτού του συστήματος είναι πως υπάρχουν λίγοι περιορισμοί στην τροποποιημένη αλληλουχία. Από τη στιγμή που τα επιπρόσθετα νουκλεοτίδια ορίζονται από το pegRNA, μπορούν να είναι αλληλουχίες που διαφέρουν από το αρχικό νήμα μόλις σε ένα γράμματα, που έχουν επιπλέον ή λιγότερα γράμματα ή που είναι διάφοροι συνδυασμοί αυτών των αλλαγών» είπε ο Λιού-ενώ ο έτερος βασικός ερευνητής, Άντριου Ανζαλόνε, σημείωσε πως οι δυνατότητες του prime editing άρχισαν να γίνονται εμφανείς κατά την ανάπτυξη της συγκεκριμένης τεχνολογίας: «Το γεγονός πως μπορούσαμε να αντιγράψουμε νέες γενετικές πληροφορίες σε μια περιοχή- στόχο ήταν αποκάλυψη».

Οι ερευνητές σκοπεύουν να συνεχίσουν τη βελτίωση του prime editing, διερευνώντας τις επιπτώσεις του στα κύτταρα και μηχανισμούς χρήσης του σε ζώα, με απώτερο στόχο θεραπευτικές εφαρμογές σε ανθρώπους. Επίσης, καθιστούν την τεχνολογία αυτή δωρεάν διαθέσιμη στην ακαδημαϊκή κοινότητα και σε μη κερδοσκοπικούς φορείς.