Τι είναι το CRISPR‑Cas12a2; & Γιατί είναι σημαντικό;

Σύντομη Ιστορία του CRISPR

CRISPR σημαίνει Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, που είναι τμήματα του DNA των προκυτταρικών οργανισμών που περιέχουν σύντομες επαναλήψεις βάσεων. Αυτά αποτελούν μέρος ενός βακτηριακού συστήματος άμυνας που, μαζί με τις πρωτεΐνες που σχετίζονται με το CRISPR (Cas), σχηματίζει τη βάση της τεχνολογίας επεξεργασίας γονιδιώματος CRISPR‑Cas9.  Βασικά στοχεύει το γενετικό υλικό του ιού για να σταματήσει την εξάπλωσή του.

Τα μόρια CRISPR μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαζί με την πρωτεΐνη Cas9 (Cas σημαίνει CRISPR Associated Protein) για να σχηματίσουν την τεχνολογία CRISPR‑Cas9. Αυτή η τεχνολογία αξιοποιείται για eπεξεργασία γονιδίων μέσα σε ζωντανά κύτταρα και οργανισμούς χρησιμοποιώντας τροποποιημένες ακολουθίες CRISPR.

Ένα βασικό πλεονέκτημα της τεχνικής είναι ότι επιτρέπει τον πολύ ακριβή προσδιορισμό της περιοχής του DNA που επεξεργάζεται, κάτι που οι προηγούμενες τεχνικές δεν μπορούσαν να επιτύχουν. Οι εφευρέτες του CRISPR‑Cas9 κέρδισαν το Βραβείο Νόμπελ Χημείας το 2020.

Ωστόσο, το Cas‑9 δεν είναι ο μοναδικός τρόπος χρήσης του CRISPR. Υπάρχει επίσης το Cas13, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για επεξεργασία RNA. Και αυτό που αφορά το παρόν άρθρο, το Cas12α.

Cas12a vs Cas9

This will explain Cas12a as much as possible in a way understandable by a non-biochemist so that some details will be somewhat simplified, and we can first look at what CRISPR-Cas12a is.

CRISPR-Cas12a is a different system from Cas9 in a few aspects:

• Παρέχει εναλλακτικές θέσεις κοπής σε σχέση με ό,τι μπορεί το Cas9.
  • Μη‑τεχνική μετάφραση: Προβλήματα δύσκολα στην επίλυση με το Cas9 θα μπορούσαν να είναι εφικτά με το Cas12α
• Κόβει το DNA με τρόπο που αφήνει ένα «κολλώδες» τμήμα DNA αντί για την «αυστηρή» κοπή του Cas9, και μπορεί να κοπεί πολλές φορές.
  • Μη‑τεχνική μετάφραση: Αποφέρει μεγαλύτερες πιθανότητες επιτυχούς επεξεργασίας γονιδίων.
• Δεν απαιτείται ένα transactivating crRNA (tracrRNA) για το Cas12α, σε αντίθεση με το Cas9. Λόγω του μικρότερου μεγέθους, θα επέτρεπε ευκολότερη πολλαπλή επεξεργασία γονιδιώματος.
  • Μη‑τεχνική μετάφραση: Μπορεί να τροποποιηθεί περισσότερα από ένα γονίδιο ταυτόχρονα με το Cas12α

Πηγή: Wikipedia

Μοναδικές Ιδιότητες του Cas12a2

Με το CRISPR‑Cas12α, οι ερευνητές νόμιζαν ότι είχαν μια νέα, ελαφρώς διαφορετική έκδοση του πλέον καλύτερα κατανοητού CRISPR‑Cas9. Είχε πολλές ενδιαφέρουσες χρήσεις λόγω αυτών των διαφορών, αλλά παρέμενε ο ίδιος βασικός μηχανισμός.

Και μετά ήρθε το Cas12a2.

Ο τελευταίος αριθμός, «2», στο τέλος, αντιπροσωπεύει μια παραλλαγή του Cas12α που φαίνεται να έχει πολύ διαφορετικές ιδιότητες. Στην πραγματικότητα, λειτουργεί πολύ διαφορετικά από το «κανονικό» Cas12α, όπως το Cas12α διαφέρει από το Cas9.

Τα συστήματα CRISPR‑Cas έχουν σχεδιαστεί για να επιτίθενται σε ξένα γονίδια και να προστατεύουν τα βακτήρια από ιούς. Οι ερευνητές έχουν επαναπροσανατολίσει αυτή τη δυνατότητα σε γονιδιακή επεξεργασία. Αυτό που κάνει το Cas12a2 είναι πολύ διαφορετικό. Όταν ανιχνεύει ιικό RNA, αρχίζει να επιτεθεί σε ΟΛΑ τα νουκλεϊκά οξέα μέσα στο κύτταρο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, θα σκοτώσει το προσβεβλημένο κύτταρο, προστατεύοντας το υπόλοιπο αποικισμό βακτηρίων και εμποδίζοντας την αναπαραγωγή του ιού.

Αυτός ο εντελώς νέος μηχανισμός έδωσε στους ανακαλυπτές του μια θέση στη φημισμένη δημοσίευση Nature στις αρχές Ιανουαρίου 2023 σε 2 διαφορετικά άρθρα (κάτι που σχεδόν καθορίζει την καριέρα για κάθε βιολόγο).

Εφαρμογές του Cas12a2

Ο λόγος πίσω από τον ενθουσιασμό των κριτών του Nature είναι αρκετά απλός. Ο μηχανισμός cas12a2 επιτρέπει τη δημιουργία ενός εργαλείου για «προγραμματισμένη εξόντωση κυττάρων».

Η πρώτη εφαρμογή θα μπορούσε να είναι πολύ πιο αποδοτική επεξεργασία χρησιμοποιώντας τη άλλη μέθοδο CRISPR. Ο συνδυασμός του Cas12a2 με άλλα συστήματα CRISPR‑Cas θα μπορούσε να ενισχύσει την αποδοτικότητα της επεξεργασίας γονιδίων CRISPR μέσω αντιεπιλογής.

Μπορεί επίσης να είναι πολύ αποδοτική στην ανίχνευση ιικού RNA. Έτσι, η δεύτερη εφαρμογή είναι ότι το Cas12a2 θα μπορούσε να μετατραπεί σε ένα σχεδόν τέλειο τεστ για την ανίχνευση ιών. Το δημοσιευμένο άρθρο ήδη δείχνει μια απόδειξη της ιδέας.

Τα τεστ βασισμένα στο Cas12a2 θα συνδυάσουν την πολύ υψηλή ευαισθησία ενός τεστ PCR με την ευκολία και το χαμηλό κόστος ενός οικιακού τεστ. Όλα χωρίς την ανάγκη πολύπλοκης εξοπλισμού.

Το καλύτερο μέρος είναι ότι μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να ανιχνεύει πρακτικά οποιονδήποτε ιό RNA, μια οικογένεια που περιλαμβάνει ιούς όπως ο COVID‑19, η γρίπη, ο Έμπολα και η Ζίκα, καθώς και οποιαδήποτε μετάλλαξη που θα ξεπερνούσε την αρχική σειρά τεστ.

Το μόνο που θα απαιτούνταν για τον σχεδιασμό ενός νέου τεστ είναι η γνώση του γονιδιώματος του ιού και ο σχεδιασμός προσαρμοσμένων ακολουθιών crRNA. Κάτι που μπορεί να γίνει σε λίγες μόνο εβδομάδες, όπως μας έδειξε η πανδημία.

Έτσι, στο τρέχον επίπεδο κατανόησης του Cas12a2, η δοκιμή φαίνεται να είναι μια απλή εφαρμογή.

Η τρίτη πιθανή εφαρμογή θα μπορούσε να είναι η χρήση του CRISPR‑Cas12a2 στην αντιμετώπιση του καρκίνου. Ένα θεωρητικό παράδειγμα θα μπορούσε να είναι ο προγραμματισμός του Cas12a2 να αντιδρά σε γενετικές ακολουθίες που είναι ειδικές μόνο στα καρκινικά κύτταρα, αναγκάζοντας το καρκινικό κύτταρο να «αυτοκτονήσει». Ωστόσο, αυτή η εφαρμογή μπορεί να βρίσκεται πιο μακριά από τις άλλες λόγω της πολυπλοκότητας της γενετικής των καρκινικών κυττάρων.

Συμπεράσματα Επένδυσης

Η τεχνολογία CRISPR βρίσκεται ακόμη στα πρώτα της στάδια, με εντελώς νέους μηχανισμούς που πρέπει να ανακαλυφθούν. Έπρεπε στον ερευνητή που εργάζεται πάνω στο Cas12a2 επτά χρόνια για να αποκτήσει επαρκή αποτελέσματα ώστε να το καταλάβει. Το CRISPR‑Cas12a2 μόλις δημοσιεύθηκε και είναι ακόμη μακριά από την εμπορευματοποίηση. Δεν θα εκπλαγώ αν άλλες παραλλαγές των συστημάτων CRISPR‑Cas παραμένουν κρυμμένες στα προγενέστερα αποτελέσματα άλλων ερευνητικών ομάδων παγκοσμίως.

Το Cas12a2 θα είναι ένας τομέας που θα πρέπει να μελετηθεί προσεκτικά στο πλαίσιο της τεχνολογίας δοκιμών, ενδεχομένως αποτελώντας απειλή για τις δοκιμές αντιγόνων και τις δοκιμές PCR μακροπρόθεσμα.

Μπορεί επίσης να συνδυαστεί με άλλες τεχνικές CRISPR για να τις κάνει πιο αποδοτικές ή να λύσει τεχνικά εμπόδια. Συνολικά, το Cas12a2 φαίνεται να αποτελεί καλό λόγο για μεγαλύτερη αισιοδοξία σχετικά με την τεχνολογία CRISPR γενικά και το δυναμικό της να αλλάξει την ιατρική. Συμπεριλαμβανομένων των δοκιμών, κάτι που κανείς δεν είχε φανταστεί μέχρι τον Ιανουάριο του 2023.

Η Editas Medicine (EDIT ) (EDIT) είναι μία από τις εταιρείες που εργάζονται αυτή τη στιγμή σε αυτήν την τεχνολογία.