Το CRISPR μπορεί να διαδραματίσει κεντρικό ρόλο σε νέες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση ιών όπως H5NI και η γρίπη

Το CRISPR μπορεί να κάνει περισσότερα από την επεξεργασία γονιδίων

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) είναι πιο γνωστό ως εργαλείο γενετικής μηχανικής και πιο πρόσφατα ως θεραπεία γενετικών ασθενειών όπως η δρεπανοσφαίριση. Εξερευνούμε πολλές από αυτές τις εφαρμογές στο άρθρο μας “Από την τύφλωση στα υποκατάστατα κρέατος: Η γονιδιακή επεξεργασία CRISPR συνεχίζει να παράγει υποσχόμενα αποτελέσματα”.

Αυτό που κάνει το CRISPR μοναδικό ως γενετικό εργαλείο είναι η ικανότητά του να ταιριάζει και να εντοπίζει ακριβώς τις ακριβείς γενετικές ακολουθίες.

Αυτή η ακρίβεια τώρα επαναχρησιμοποιείται για τον έλεγχο ασθενειών και μπορεί να είναι πιο απλή στη χρήση και πιο οικονομική από τις πιο κοινές δοκιμές PCR.

Ερευνητές από το Broad Institute, το MIT και το Πανεπιστήμιο Princeton ανακοίνωσαν την κυκλοφορία ενός τεστ λωρίδας βασισμένου στην τεχνολογία CRISPR, ικανό να διακρίνει μεταξύ των δύο κύριων τύπων εποχιακής γρίπης, influenza A και B, καθώς και των υποτύπων εποχιακής γρίπης H1N1 και H3N2.

Πηγή: Broad Institute

Πώς λειτουργεί;

Η τεχνολογία πρώτα αναπτύχθηκε το 2020, υπό το όνομα SHINE (Streamlined Highlighting of Infections to Navigate Epidemics). Αυτό βασίστηκε σε μια προηγούμενη μέθοδο δοκιμής βασισμένη σε CRISPR, SHERLOCK (Specific High-sensitivity Enzymatic Reporter unLOCKing). Ενώ το SHERLOCK ήταν αποδοτικό, τα πολλαπλά βήματα της μεθόδου αύξησαν τους κινδύνους σφαλμάτων και λανθασμένων αποτελεσμάτων.

Πηγή: Nature

Η νέα μέθοδος SHINE μπορεί αντίθετα να ανιχνεύσει ιούς τόσο με χρωματική ανάγνωση σε χαρτί όσο και με φθορίζουσα ανάγνωση σε σωλήνα. Επιπλέον, τα αποτελέσματα της φθορίζουσας ανάγνωσης μπορούν να ερμηνευθούν αυτόματα μέσω μιας συνοδευτικής εφαρμογής για smartphone.

Γιατί είναι σημαντικό

Οι δοκιμές PCR είναι ακριβές και απαιτούν εξειδικευμένο εξοπλισμό. Ως αποτέλεσμα, μόνο ένας μικρός αριθμός ασθενών ελέγχεται (εκτός των συνθηκών πανδημίας, φυσικά), συνήθως μόνο το τμήμα των ασθενών που επισκέπτονται νοσοκομείο αντί για τον οικογενειακό τους γιατρό.

Οι δοκιμές αντιγόνων χρησιμοποιούνται συχνά ως εναλλακτική λύση στις δοκιμές PCR, αλλά είναι πολύ λιγότερο αξιόπιστες και ευαίσθητες.

Με σωστή ταυτοποίηση του στελέχους με χαμηλό κόστος και πολυπλοκότητα, οι κλινικοί γιατροί θα μπορούσαν, για παράδειγμα, να αποφασίσουν αν θα χρησιμοποιήσουν Oseltamivir. Αυτό το κοινό αντιιικό φάρμακο είναι αποτελεσματικό μόνο για ορισμένα στελέχη.

Μια άλλη εφαρμογή θα ήταν η βοήθεια στους επιστήμονες να παρακολουθούν καλύτερα μια εκδήλωση επιδημίας μέσω γρήγορης δοκιμής στο πεδίο.

Το CRISPR υπερέχει των προηγούμενων μεθόδων

Η επέκταση του SHINE το 2024 σε διαφορετικά στελέχη γρίπης στοχεύει στην αντικατάσταση της τρέχουσας μεθόδου στα εργαστήρια παθολογίας, ιδιαίτερα του PCR.

Τυπικές διαγνωστικές προσεγγίσεις όπως η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR) απαιτούν μεγάλους χρόνους επεξεργασίας, εκπαιδευμένο προσωπικό, εξειδικευμένο εξοπλισμό και καταψύκτες για την αποθήκευση αντιδραστηρίων στους -80°C, ενώ το SHINE μπορεί να διεξαχθεί σε θερμοκρασία δωματίου σε περίπου 90 λεπτά. Προς το παρόν, η δοκιμή απαιτεί μόνο ένα φθηνό θερμικό μπλοκ για τη θέρμανση της αντίδρασης, και οι ερευνητές εργάζονται για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας με στόχο την επιστροφή αποτελεσμάτων σε 15 λεπτά.

Συνολικά, οι δοκιμές βασισμένες στο CRISPR θα μπορούσαν να αποδώσουν καλύτερα από πρακτική και εμπορική άποψη και τελικά να αντικαταστήσουν το PCR όταν πρόκειται για δοκιμές εξαιρετικά μεταβλητών ιών όπως η γρίπη και τα κορονοϊούς.

Οι επόμενοι ιοί στη σειρά

Η επερχόμενη έκδοση των δοκιμών λωρίδας βασισμένων στο CRISPR πιθανότατα θα επεκταθεί ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση του ιού της γρίπης και του στελέχους που υπάρχει, καθώς και για τη διάκριση μεταξύ ιών με παρόμοια συμπτώματα, όπως τα κορονοϊούς και η γρίπη (ιός της γρίπης).

Ένα άλλο επείγον θέμα είναι τα στελέχη της πουλερικής και της χοίρου γρίπης. Αυτές οι ασθένειες προκαλούν καταστροφές στις γεωργικές δραστηριότητες. Παρουσιάζουν σοβαρούς κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία, ακόμη και με την πιθανότητα να προκαλέσουν μια νέα πανδημία εάν αυτά τα στελέχη προσαρμοστούν από τους ζωικούς ξενιστές τους στους ανθρώπους.

Λόγω της προηγούμενης επιτυχίας με το COVID και τώρα τη γρίπη, είναι πιθανό ότι οι δοκιμές βασισμένες στο CRISPR όπως το SHINE θα γίνουν σύντομα πολύ πιο συνηθισμένες. Αυτό θα είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για γρήγορα εξελισσόμενους ιούς, όπου η παρακολούθηση της εξάπλωσης διαφορετικών στελεχών είναι κρίσιμη, μια εργασία στην οποία οι λωρίδες αντιγόνων συνήθως αποδίδουν άσχημα.

Εταιρείες CRISPR

1. Ginkgo Bioworks

Η εταιρεία παράγει οργανισμούς κατ’ απαίτηση για συγκεκριμένες εφαρμογές. Αυτές περιλαμβάνουν βιοϊατρικές εφαρμογές και πληθώρα προγραμμάτων βιομηχανίας και επιστημών υλικών.

Διαθέτει επίσης μεγάλο τμήμα βιοασφάλειας, το οποίο άνθισε κατά τη διάρκεια της πανδημίας.

Ginkgo Bioworks (DNA ) έχει διαφοροποιήσει τις εφαρμογές της ευρέως με πολλά ερευνητικά προγράμματα και συνεργασίες:

• Κανναβινοειδή
• Παραγωγή εμβολίων mRNA και φαρμάκων νουκλεϊκού οξέος
• Πρωτεΐνες τροφίμων
• Παραγωγή βιολογικών λιπασμάτων σε συνεργασία με Bayer
• Προγραμματιζόμενα μικρόβια για παθήσεις του εντέρου
• Βιοαποκατάσταση μικροπλαστικών
• Βιοασφάλεια και ανίχνευση παθογόνων
• Ανακύκλωση αποβλήτων και ρύπων

Κερδίζει χρήματα λαμβάνοντας πρώτα προκαταβολή για τη διαδικασία ανάπτυξης και στη συνέχεια μέσω δικαιωμάτων χρήσης στο τελικό προϊόν.

Οι συνεργασίες της Ginkgo επεκτείνονται συνεχώς, με:

• Μια αυξανόμενη συνεργασία με τη Novo Nordisk.
• Μια συνεργασία με την ιαπωνική εμπορική εταιρεία Sojitz Corporation.
• Χρηματοδότηση DARPA για νέα πρωτεΐνη που ελέγχει τον πάγο σε ακραία ψυχρά κλίματα.
• $331M συμφωνία με την Pfizer.
• $490M συμφωνία με τη Merck για βελτιστοποίηση της παραγωγής βιολογικών φαρμάκων.
• $406M συμφωνία με τη Boehringer Ingelheim για μη-φάρμακα στόχους.

Η Ginkgo Bioworks συνεργάζεται επίσης με όλες τις μεγάλες γεωργικές εταιρείες, οι περισσότερες των οποίων έχουν ενδιαφέροντα στην παραγωγή βιοκαυσίμων και τη μικροβιολογία. Μερικές από αυτές περιλαμβάνουν τη Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta και άλλες.

Πηγή: Gingko Bioworks

Η εμπειρία της Ginkgo στον προσαρμοσμένο σχεδιασμό γενετικών ακολουθιών, καθώς και στην παρακολούθηση βιοασφάλειας, την καθιστά καλό υποψήφιο για να επωφεληθεί από την εμφάνιση νέων μεθόδων δοκιμής βασισμένων σε DNA.

Έτσι, με τις δοκιμές βασισμένες στο CRISPR να έχουν αποδειχθεί πλέον ως βιώσιμη εναλλακτική λύση στις δοκιμές PCR (μια τεράστια αγορά, ακόμη και εκτός των συνθηκών πανδημίας), η Ginkgo μπορεί να αξιοποιήσει την εμπειρία και τις συνεργασίες της για να καταλάβει ένα κομμάτι αυτής της αναδυόμενης αγοράς.

2. Editas Medicine, Inc.

Η Editas ιδρύθηκε από τη Jennifer Doudna, μια από τις εφευρέτριες του CRISPR-Cas9. Η Editas ξεκίνησε να εργάζεται με το Cas9, αλλά τώρα εστιάζει σε μια ιδιόκτητη έκδοση του Cas12 που ανέπτυξε: AsCas12a.

Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για τις μοναδικές ιδιότητες του Cas12a στο αφιερωμένο μας άρθρο “Τι είναι το CRISPR-Cas12a2; & Γιατί είναι σημαντικό;”.

Για να το συνοψίσουμε σύντομα, το Cas12as είναι μοναδικό επειδή:

• Προβλήματα δύσκολα προς επίλυση με το Cas9 θα μπορούσαν να είναι εφικτά με το Cas12a
• Αυτό οδηγεί σε μεγαλύτερες πιθανότητες γονιδιακής επεξεργασίας σε σχέση με το Cas9.
• Περισσότερα από ένα γονίδιο μπορούν να τροποποιηθούν ταυτόχρονα με το Cas12a.

Μπορείτε επίσης να διαβάσετε μια επισκόπηση όλων των εταιρειών της Jennifer Doudna στο αντίστοιχο άρθρο “Κορυφαίες εταιρείες της Jennifer Doudna που πρέπει να παρακολουθήσετε.”

Η Editas εστιάζει στην ασθένεια δρεπανοσφαίρισης (SCD) και τη β-θαλασσιμία, 2 ασθένειες όπου έχασε τον αγώνα για την πρώτη έγκριση θεραπείας σε ανταγωνιστές όπως η CRISPR Therapeutics (CRSP ) και η BlueBirdBio.

Παρόλα αυτά, η Editas κατέχει σημαντικά διπλώματα ευρεσιτεχνίας για το CRISPR-Cas12, τα οποία έχουν χρησιμοποιηθεί από άλλους ερευνητές στο Πανεπιστήμιο New South Wales, Αυστραλία, για την ανάπτυξη ενός τεστ λωρίδας COVID-19 (το τεστ λωρίδας από τους ερευνητές του Broad Institute που αναφέρθηκαν παραπάνω χρησιμοποίησε CRISPR-Cas13).

Η Editas εστιάζει σε άλλες εκδόσεις του CRISPR εκτός του “κλασικού” CRISPR-Cas9, κάτι που μπορεί να φανεί χρήσιμο για την ταχεία είσοδο στην αγορά δοκιμών λωρίδας CRISPR και την εμπορευματοποίηση (με ή χωρίς συνεργασία) της δικής της έκδοσης των δοκιμών λωρίδας που έχουν αναπτυχθεί από ερευνητές κορυφαίων πανεπιστημίων.