Τι είναι το CRISPR-Cas12a2; & Γιατί έχει σημασία;

Μια Σύντομη Ιστορία του CRISPR

Το CRISPR αντιπροσωπεύει τα Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, τα οποία είναι τμήματα του προκαρυωτικού DNA που περιέχουν σύντομες επαναλήψεις αλληλουχιών βάσεων. Αυτά αποτελούν μέρος ενός βακτηριακού αμυντικού συστήματος που, μαζί με τις CRISPR-σχετιζόμενες (Cas) πρωτεΐνες, σχηματίζει τη βάση για την τεχνολογία επεξεργασίας γονιδιώματος CRISPR-Cas9. Αυτό στοχεύει ουσιαστικά στο γενετικό υλικό του ιού για να σταματήσει την προώθησή του.

Τα μόρια CRISPR μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαζί με την πρωτεΐνη Cas9 (Cas σημαίνει CRISPR-Σχετιζόμενη Πρωτεΐνη) για να σχηματίσουν την τεχνολογία CRISPR-Cas9. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται για επεξεργασία γονιδίων μέσα σε ζωντανούς κυτταρικούς οργανισμούς χρησιμοποιώντας τροποποιημένες αλληλουχίες CRISPR.

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

Αλλά το Cas-9 δεν είναι ο唯一ς πιθανός τρόπος για να χρησιμοποιηθεί το CRISPR. Υπάρχει επίσης το Cas13, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία του RNA. Και αυτό που αφορά αυτό το άρθρο, το Cas12a

Cas12a vs Cas9

Αυτό θα εξηγήσει το Cas12a όσο το δυνατόν πιο απλό για να κατανοηθεί από έναν μη-βιοχημικό, οπότε κάποια λεπτομέρειες θα είναι κάπως απλοποιημένα, και μπορούμε πρώτα να δούμε τι είναι το CRISPR-Cas12a.

Το CRISPR-Cas12a είναι ένα διαφορετικό σύστημα από το Cas9 σε quelques аспектους:

• Παρέχει εναλλακτικές τομές σε σχέση με ότι μπορεί να κάνει το Cas9.
  • Μη τεχνική μετάφραση: δύσκολα προβλήματα με το Cas9 θα μπορούσαν να είναι εφικτά με το Cas12a
• Κόβει το DNA με έναν τρόπο που αφήνει μια “κολλώδη” ενότητα του DNA αντί για την “αμβλη” τομή του Cas9, και μπορεί να κοπεί πολλές φορές.
  • Μη τεχνική μετάφραση: αποτέλεσε υψηλότερες πιθανότητες επεξεργασίας γονιδίων.
• Δεν υπάρχει ανάγκη για transactivating crRNA (tracrRNA) για το Cas12a, αντίθετα με το Cas9. Λόγω του μικρότερου μεγέθους, θα επιτρέψει ευκολότερη πολλαπλή επεξεργασία γονιδιώματος.
  • Μη τεχνική μετάφραση: περισσότερα από ένα γονίδιο μπορούν να τροποποιηθούν ταυτόχρονα με το CAs12a

Source: Wikipedia

Μοναδικές Ιδιότητες του Cas12a2

Με το CRISPR-Cas12a, οι ερευνητές σκέφτηκαν ότι είχαν μια νέα, ελαφρώς διαφορετική εκδοχή της τώρα καλύτερα κατανοητής τεχνολογίας CRISPR-Cas9. Έχει πολλές ενδιαφέρουσες χρήσεις λόγω αυτών των διαφορών, αλλά ήταν ακόμη η ίδια βασική μηχανική.

Και τότε ήρθε το Cas12a2.

Το τελευταίο αριθμό, “2” στο τέλος, είναι για μια παραλλαγή του Cas12a που φαινόταν να έχει πολύ διαφορετικές ιδιότητες. Στην πραγματικότητα, λειτουργεί πολύ διαφορετικά από το “κανονικό” Cas12a από το Cas12a από το Cas9.

Τα συστήματα CRISPR-Cas σχεδιάστηκαν για να επιτεθούν σε ξένα γονίδια και να προστατέψουν τα βακτήρια από ιούς. Οι ερευνητές έχουν επαναχρησιμοποιήσει αυτή τη δυνατότητα στην επεξεργασία γονιδιώματος. Αυτό που κάνει το Cas12a2 είναι πολύ διαφορετικό. Όταν ανιχνεύει ιικό RNA, αρχίζει να επιτεθεί σε όλα τα νουκλεϊκά οξέα μέσα στο κύτταρο. Οι περισσότερες φορές, θα σκοτώσει το κύτταρο που επηρεάζεται, προστατεύοντας την υπόλοιπη βακτηριακή αποικία και блокάροντας την αναπαραγωγή του ιού.

Αυτή η εντελώς νέα μηχανική έπαιρνε τους ανακαλύπτοντες μια θέση στο prestigioso περιοδικό Nature στις αρχές Ιανουαρίου 2023 σε 2 διαφορετικά έγγραφα (κάτι που είναι σχεδόν καριέρα-κάνων για κάθε βιολόγο).

Εφαρμογές του Cas12a2

Ο λόγος πίσω από την ενθουσιασμό των κριτών του Nature είναι khá απλός. Η μηχανική του cas12a2 επιτρέπει τη δημιουργία eines εργαλείου για “προγραμματισμένο θάνατο κυττάρων.”

Η πρώτη εφαρμογή θα μπορούσε να είναι πολύ πιο αποτελεσματική επεξεργασία χρησιμοποιώντας την άλλη μέθοδο CRISPR. Η συνδυασμένη χρήση του Cas12a2 με άλλα συστήματα CRISPR-Cas θα μπορούσε να αυξήσει την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας γονιδιώματος CRISPR μέσω αντί-επιλογής.

Μπορεί επίσης να είναι πολύ αποτελεσματικό 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 έγγραφο ήδη αποδεικνύει μια απόδειξη-ενός-σχεδίου αυτής της ιδέας.

Τα τεστ που βασίζονται στο CAs12a2 θα συνδύαζαν την πολύ υψηλή ευαισθησία ενός τεστ PCR με την ευκολία και την φθηνότητα ενός εγχώριου τεστ. Όλα χωρίς να απαιτούν σύνθετο μηχάνημα.

Το καλύτερο μέρος είναι ότι μπορεί να ρυθμιστεί για να ανιχνεύσει σχεδόν οποιοδήποτε ιό RNA, μια οικογένεια που περιέχει ιούς όπως το COVID-19, την γρίπη, το Έμπολα και το Ζίκα, καθώς και οποιαδήποτε μετάλλαξη που θα ξεπεράσει την αρχική παρτίδα των τεστ.

Όλα όσα θα χρειαζόταν για να σχεδιαστεί ένα νέο τεστ θα ήταν να γνωρίζουμε το γονιδίωμα του ιού και να σχεδιάσουμε προσαρμοσμένες αλληλουχίες crRNA. Κάτι που μπορεί να γίνει σε λίγες εβδομάδες, όπως 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 στη χρήση του CRISPR-Cas12a2 στην θεραπεία του καρκίνου. Ένα θεωρητικό παράδειγμα θα μπορούσε να είναι να προγραμματιστεί το Cas12a2 να αντιδράσει σε γενετικές αλληλουχίες που είναι συγκεκριμένες μόνο για το κύτταρο του καρκίνου, αναγκάζοντας το κύτταρο του καρκίνου να “αυτοκτονήσει”. Ωστόσο, αυτή η εφαρμογή μπορεί να είναι πιο μακριά από τις άλλες λόγω της复雑ότητας της γενετικής του καρκίνου.

Συμπέρασμα Επενδύσεων

Η τεχνολογία CRISPR είναι ακόμη στο στάδιο της νηπιαγωγείου, με εντελώς νέες μηχανικές να ανακαλύπτονται. Χρειάστηκαν 7 χρόνια στους ερευνητές που εργάζονταν στο Cas12a2 για να πάρουν καλά αποτελέσματα για να κατανοήσουν. Το CRISPR-Cas12a2 έχει δημοσιευθεί και είναι ακόμη πολύ μακριά από την εμπορική του εκμετάλλευση. Δεν θα με εκπλήσσει αν άλλες παραλλαγές των συστημάτων CRISPR-Cas είναι ακόμη κρυμμένες στις προκαταρκτικές αποτελέσματα άλλων ερευνητικών ομάδων σε όλο τον κόσμο.

Το Cas12a2 θα είναι ένας χώρος για μελέτη με προσοχή στο контέκστ της τεχνολογίας δοκιμών, σχηματίζοντας πιθανώς μια απειλή για τις δοκιμές αντιγόνου και PCR δοκιμών στο μακρότερο χρονικό διάστημα.

Μπορεί επίσης να συνδυαστεί με άλλες τεχνικές CRISPR για να τις κάνει πιο αποτελεσματικές ή να λύσει τεχνικά εμπόδια. Συνολικά, το Cas12a2 φαίνεται να είναι ένας καλός λόγος για να είναι πιο αισιόδοξοι για την τεχνολογία CRISPR γενικά και την πιθανότητά της να αλλάξει την ιατρική. Περιλαμβάνοντας τις δοκιμές, κάτι που κανείς δεν είχε οραματιστεί μέχρι τον Ιανουάριο του 2023.

Editas Medicine (EDIT) είναι μια από τις εταιρείες που εργάζονται αυτή τη στιγμή στην τεχνολογία αυτή.