Probabil că ați auzit până acum de CRISPR, un instrument de editare genetică care permite cercetătorilor să înlocuiască și să modifice segmente de ADN.
Ca niște croitori genetici, oamenii de știință au experimentat „editarea” genelor care îi fac pe țânțari să fie purtători de malarie, modificarea culturilor alimentare pentru a fi mai hrănitoare și mai gustoase, iar în ultimii ani au început teste pe oameni pentru a învinge unele dintre cele mai dificile boli și tulburări genetice.
Potențialul CRISPR de a îmbunătăți viața este atât de extraordinar încât, în 2020, cercetătorii Jennifer Doudna și Emmanuelle Charpentier, care au dezvoltat cea mai precisă versiune a instrumentului numit CRISPR-Cas9, au primit Premiul Nobel pentru chimie.
Dar chiar și Cas9 are limitări.
Modalitatea obișnuită de a livra material genetic într-o celulă gazdă este de a folosi un virus modificat ca purtător.
Virusurile adeno-asociate (VAA/AAV) nu sunt dăunătoare pentru pacienți, pot pătrunde în multe tipuri diferite de celule pentru a introduce enzimele CRISPR, cum ar fi Cas9, și au o probabilitate mai mică de a provoca un răspuns imunitar nedorit în comparație cu alte metode.
Cu toate acestea, ca în orice serviciu de livrare de „colete”, există o limită de mărime.
„Cas9 se află la limita acestei restricții de mărime, așa că a existat o cerere pentru o proteină Cas mai mică, care să poată fi împachetată eficient în AAV și să servească drept instrument de editare a genomului”, a explicat profesorul Osamu Nureki de la departamentul de științe biologice al Universității din Tokyo.
Având o dimensiune mare, Cas9 poate fi lipsit de eficiență atunci când este utilizată pentru terapia genică.
De aceea, o echipă extinsă, formată din mai multe instituții, a lucrat pentru a dezvolta o enzimă Cas mai mică, la fel de activă, dar mai eficientă.
Cercetătorii au selectat o enzimă pe care au numit-o AsCas12f, provenită de la bacteria Axidibacillus sulfuroxidans, care este una dintre cele mai compacte enzime Cas găsite până în prezent, și este o treime din mărimea enzimei Cas9.
În testele anterioare, aceasta abia dacă a arătat că a avut activitate genomică în celulele umane.
Astfel cercetătorii au modificat AsCas12f pentru a oferi aceeași eficacitate, dar la o treime din dimensiunea enzimei Cas9 utilizată în mod obișnuit pentru editarea genelor.
O dimensiune compactă a editorului înseamnă că o cantitate mai mare de enzimă poate fi ambalată în virusuri purtătoare și introdusă în celule vii, ceea ce o face mai eficientă.
Cercetătorii au creat o arhivă de posibile mutații AsCas12f și apoi le-au combinat pe cele selectate pentru a crea o enzimă AsCas12f cu o capacitate de editare de 10 ori mai mare decât tipul original fără mutații.
Noua AsCas12f modificată a fost deja testată cu succes pe șoareci și are potențialul de a fi utilizată în viitor pentru tratamente noi și mai eficiente pentru pacienți.
Studiul a fost publicat pe 29 septembrie, în revista Cell.
„Folosind o metodă de screening numită scanare mutațională profundă, am asamblat o bibliotecă de potențiali noi candidați prin înlocuirea fiecărui reziduu de aminoacid din AsCas12f cu toate cele 20 de tipuri de aminoacizi pe care se bazează întreaga viață. De aici, am identificat peste 200 de mutații care au îmbunătățit activitatea de editare a genomului”, a explicat cercetătorul japonez.
Pe baza cunoștințelor obținute din analiza structurală a AsCas12f, cercetătorii au selectat și combinat aceste mutații de aminoacizi cu activitate sporită pentru a crea editorul AsCas12f modificat.
„Această enzimă modificată are o activitate de editare a genomului de peste 10 ori mai mare decât cea a tipului obișnuit de AsCas12f și este comparabil cu Cas9, păstrând în același timp o dimensiune mult mai mică”, a menționat el.
Echipa a efectuat deja teste pe animale cu sistemul AsCas12f modificat, asociindu-l cu alte gene și administrându-l la șoareci vii.
Administrarea tratamentelor direct în organism este preferabilă extragerii celulelor, editării lor în laborator și reinserției lor în pacienți, care necesită mai mult timp și este mai costisitoare.
Succesul testelor a arătat că AsCas12f modificată are potențialul de a fi utilizată în terapiile genice umane, cum ar fi tratarea hemofiliei, o boală în care sângele nu se coagulează în mod normal.
Echipa a descoperit numeroase combinații potențial eficiente pentru ingineria unui sistem îmbunătățit de editare a genei AsCas12f, astfel încât cercetătorii recunosc posibilitatea ca mutațiile selectate să nu fi fost cele mai optime dintre toate combinațiile disponibile.
Ca un pas următor, ar putea fi folosită modelarea computațională sau învățarea automată pentru a cerne combinațiile și a prezice care ar putea oferi cele mai bune îmbunătățiri în terapia genică.
În imagine: Echipa a folosit microscopia electronică criogenică, o metodă de a examina structura moleculelor biologice la rezoluție înaltă, pentru a analiza AsCas12f și a crea noua lor versiune. „Harta termică” DMS ilustrează modul în care toate mutațiile unice au afectat activitatea de editare a genomului. Pătratele albastre indică o mutație nedorită, în timp ce cele roșii reprezintă modificări dezirabile. Cu cât culoarea este mai închisă, cu atât efectul este mai mare.
