CRISPR-kapaciteter udvides med ny antiviral aktivitet

Udvidelse af CRISPR’s potentiale – Hvad er CRISPR, og hvorfor er det vigtigt

Since its discovery, CRISPR (“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”), which won the 2020 Nobelprisen i kemi, has revolutionized medicine and biotechnology.

Kilde: Nobel Prize

Dette skyldes, at CRISPR er den første metode til genredigering, som muliggør meget præcis målretning af en specifik genetisk sekvens, så man kan rette genetiske fejl enten in vitro eller in vivo uden at risikere uønskede mutationer.

Dette er vigtigt, da urettet genindsættelse er blevet forbundet med store problemer, især kræftrisiko, hvilket gør deres terapeutiske brug vanskelig og kontroversiel.

CRISPR kan bruges på flere måder til at afbryde et allerede eksisterende gen, slette en specifik sekvens eller redigere/indsætte den rette genetiske sekvens.

Kilde: CRISPR Therapeutics

Dette udviklede sig til et medicinsk gennembrud med FDA-godkendelse af den første CRISPR-baserede terapi i 2023, udviklet af CRISPR Therapeutics (CRSP ) for genetiske blodsygdomme (følg linket for en dedikeret rapport om CRISPR Therapeutics).

Dog er præcis genredigering under menneskelig kontrol ikke, hvad CRISPR blev brugt til i naturen. Det er i første omgang et antiviralt værktøj, som bakterier bruger til at overleve angreb fra vira.

Og det ser nu ud til, at CRISPR er endnu mere alsidigt, end man tidligere har forstået, da det kan ændre en celles metabolisme og blokere viral replikation. Dette var en opdagelse foretaget af fem forskere ved Rockefeller University og Memorial Sloan Kettering Cancer Center.

De offentliggjorde deres resultater i det prestigefyldte videnskabelige tidsskrift Science¹, under titlen “Cat1 danner filamentnetværk for at nedbryde NAD+ under den type III CRISPR-Cas antivirale respons”.

CRISPR’s naturlige oprindelse i bakterier

De fleste bakterier er under konstant trussel fra virusser, der er specialiseret i at angribe dem, kaldet bakteriofager (bogstaveligt “bakterieædere”).

Derfor er disse fagere i øjeblikket under undersøgelse for deres potentiale i at danne “levende antibiotika”, som ville omgå de fleste af de stigende antibiotikaresistenser.

Hver CRISPR-genetiske sekvens, der findes i en individuel bakteriel CRISPR, er afledt af et DNA-fragment fra en bakteriofag, der tidligere har inficeret prokaryoten eller en af dens forfædre.

Disse sekvenser bruges til at opdage og ødelægge DNA fra lignende bakteriofager under efterfølgende infektioner, hvilket danner en slags “erhvervet immunitet” mod fagere. CRISPR findes i cirka 50 % af sekventerede bakteriegenomer.

I betragtning af hvor udbredte CRISPR-systemer er, og hvor vigtige de er mod virale infektioner eller bakterier, er det måske ikke så overraskende, at de har andre ekstra antivirale egenskaber.

CRISPR kan blokere vira ved at standse cellefunktion

CRISPR som bakteriers kollektive immunsystem

Andre aktiviteter end “genetiske sakse” for CRISPR-systemer forstås i stigende grad, især takket være indsatsen fra Rockefellers Laboratorium for Bakteriologi ledet af Prof. Luciano Marraffini.

Kilde: Amacad

De fokuserede især på en klasse af molekyler i CRISPR-Cas10-systemer kaldet CARF-effektorer, som er proteiner, der aktiveres ved fagernes infektion af en bakterie.

CARF-effektorer har forskellige tilgange for at nå det samme mål: at stoppe cellulær aktivitet. Da DNA-replikation og proteinproduktion stopper i de inficerede celler, stopper også virusproduktionen.

“Det kollektive arbejde i vores laboratorier afslører, hvor effektive—og forskellige—disse CARF-effektorer er. Omfanget af deres molekylære aktiviteter er ganske imponerende.”

Prof. Luciano Marraffini – Rockefeller’s Laboratory of Bacteriology

Denne effekt beskytter indirekte alle de andre bakterier i området og er i sidste ende ret lignende i sine principper med pattedyrs immunsystems NK-lymfocytter (Natural Killer), som dræber inficerede celler (og kræftceller) for at stoppe virusspredning.

Cat1-proteinet: Nøglen til CRISPR’s nye trick

Ligesom ved mange nylige biotek-opdagelser kom avancerede AI-værktøjer til at hjælpe forskerne med at finde en nål i en høstak. I dette tilfælde var det et værktøj kaldet Foldseek, et søgeprogram baseret på Googles (GOOGL ) AlphaFold-værktøj til at forudsige 3D-konfigurationen af proteiner.

I stedet for at sammenligne proteinsekvenser sammenligner Foldseek deres 3D-struktur, hvilket øger chancen for at finde proteiner, der er funktionelt lignende, selvom de har en anden aminosyresekvens. Foldseek reducerer beregningstider med fire til fem størrelsesordener sammenlignet med tidligere metoder.

Kilde: ResearchGate

Med Foldseek fandt forskerne et protein, der sandsynligvis er en CARF-effektor, som de kaldte Cat1, og som viste sig at have et meget præcist aktiveringssystem.

Dette protein får besked om en viruss tilstedeværelse via sekundære messenger-molekyler kaldet cyklisk tetra-adenylat, eller cA4. Det får derefter Cat1 til at nedbryde en essentiel metabolit i cellen kaldet NAD+.

“Når en tilstrækkelig mængde NAD+ er splittet, går cellen ind i en vækststoptilstand.

Med cellulær funktion på pause kan faget ikke længere formere sig og sprede sig til resten af bakteriepopulationen.”

Christian Baca – TPCB kandidatstuderende.

Hvad strukturen af Cat1 afslører

Som ofte er tilfældet, jo flere videnskabelige opdagelser der gøres, desto flere nye spørgsmål opstår også.

Da de studerede den faktiske struktur af Cat1, fandt forskerne, at den har en mærkelig form.

Dobbeltkopier af Cat1 er limet sammen af cA4‑signalmolekylet, hvilket danner lange filamenter ved viral infektion og fanger NAD+‑metabolitter i klæbrige molekylære lommer. Det dannede endda mere komplekse strukturer på celleniveau.

“Filamenterne interagerer med hinanden for at danne trigonal spiralbundter, og disse bundter kan derefter udvide sig til at danne pentagonal spiralbundter,”

Puja Majumder – Postdoktoral forskningsstipendiat i Patel Lab

Kilde: Rockefeller’s Laboratory of Bacteriology

Kan disse antivirale tricks fungere hos mennesker?

Den meget komplekse og brede vifte af antivirale kapaciteter i CRISPR-systemer hos bakterier rejser et spørgsmål: Kan dette også fungere for mennesker?

Dette er naturligvis en idé, der allerede er blevet diskuteret, især da vira stadig er meget sværere at bekæmpe end bakterier, som antibiotika (stadig for det meste) er effektive mod.

En sådan mulighed ville være genredigering for at behandle kroniske virusinfektioner som HIV, SARS‑CoV‑2 og hepatitisvira. Virusser som smitsomme kopper og abekopper også måske kunne behandles på denne måde.

Dette højere niveau af forståelse af CRISPR-systemer kan også hjælpe med at tilføje funktionaliteter eller reducere bivirkninger af eksisterende CRISPR-baseret gen-terapi, hvilket gør dem til et endnu bedre terapeutisk værktøj.

Investering i CRISPR-teknologier

CRISPR Therapeutics

Det, der adskiller CRISPR Therapeutics fra andre, er det stjernespækkede grundlæggerteam, som inkluderer Dr. Emmanuelle Charpentier, hvis banebrydende forskning afslørede de centrale mekanismer i CRISPR-Cas9-teknologien.

Det lagde grundlaget for brugen af CRISPR-Cas9 som et alsidigt og præcist genredigeringsværktøj. Talrige priser har anerkendt hendes arbejde, herunder den 2020 Nobelpris i medicin og Breakthrough Prize i Life Science.

CRISPR Therapeutics udvikler en effektiv og alsidig CRISPR/Cas9 genredigeringsplatform til terapier, der skal behandle hæmoglobinopatier, kræft, diabetes og andre sygdomme.

Den første terapi, de udviklede, var rettet mod blodsygdommene β-thalassæmi og seglcelleanæmi.

De er nu blevet godkendt under det kommercielle navn Casgevy for begge anvendelser. virksomhedens første allogene CAR‑T-program, der retter sig mod B‑cellemaligniteter, er også i kliniske forsøg.

Selvom seglcelleanæmi er en sygdom med et formodentlig lille marked, kan de, når teknologien er moden, gå videre til at målrette andre sygdomsvektorer.

Som det første firma med en godkendt CRISPR-terapi er CRISPR Therapeutics i en god position til at være de første til at generere positiv cash flow fra teknologien og udvide dens anvendelser yderligere.

Og denne fremragende historik vil sandsynligvis gøre virksomheden til en foretrukken partner for enhver anden medicinalvirksomhed, der ønsker at indhente inden for CRISPR-terapier.

Seneste CRISPR Therapeutics (CRSP) Aktier Nyheder og Udviklinger

Studie Refereret:

^{1. Christian F. Baca et al. Cat1 danner filamentnetværk for at nedbryde NAD+ under den type III CRISPR-Cas antivirale respons. Science 10 Apr 2025. DOI: 10.1126/science.adv9045}