Εικονικό Εργαστήριο Εμπνευσμένο από CRISPRi “CREME”, Έτοιμο να Μειώσει το Όριο για Μεγάλες Ανακαλύψεις

Η Επανάσταση CRISPR

CRISPR (Συσσωματωμένα Τακτικά Διασπασμένα Σύντομα Παλίνδρομα Επαναλαμβανόμενα) είναι ένα πρόσφατα ανακαλυφθέν εργαλείο για γενετική επεξεργασία. Επιτρέπει εξαιρετικά ακριβή και στοχευμένη επεξεργασία γονιδίων, και οι ερευνητές του κέρδισαν το Βραβείο Νόμπελ 2020, μια ιστορία που εξετάσαμε στο άρθρο “Επένδυση στα Επιτεύγματα του Βραβείου Νόμπελ – CRISPR για Ακριβή Γενετική Μηχανική”.

Πηγή: Lab Associates

Το αρχικό σύστημα CRISPR που ανακαλύφθηκε ήταν το CRISPR‑Cas9, και από τότε έχουν ανακαλυφθεί ή δημιουργηθεί πολλές τροποποιημένες εκδοχές του. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για τις τεχνικές λεπτομέρειες του CRISPR στο άρθρο μας “Τι είναι το CRISPR‑Cas12a2; & Γιατί Σημαίνει”.

Το CRISPR βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της γενετικής επανάστασης, με τις πρώτες θεραπείες γονιδίων που το χρησιμοποιούν να εγκρίνονται πλέον για αιματικές παθήσεις, κάτι που εξετάσαμε σε βάθος στο “Θεραπείες Γονιδίων για Σικελική Ασθένεια Εγκριθείσες από το FDA, Αναδεικνύοντας το Δυναμικό των Τεχνολογιών CRISPR/Cas9”.

Από την ανακάλυψή του, η εύρεση τρόπων αξιοποίησης του CRISPR για την τροποποίηση ενός συγκεκριμένου γονιδίου ή αλληλουχίας DNA ήταν μια επίπονη διαδικασία, απαιτώντας μεγάλη εξειδίκευση και χειροκίνητη εργασία. Αλλά αυτό μπορεί να αλλάξει, χάρη στην ταχεία ανάπτυξη εργαλείων AI.

CRISPR & AI

Το πρώτο βήμα στην ενσωμάτωση AI με την τεχνολογία CRISPR έγινε πριν λίγους μήνες, με το “OpenCRISPR‑1“, ένα ανοιχτού κώδικα AI σχεδιασμένο για τη δημιουργία προσαρμοσμένου συστήματος CRISPR για συγκεκριμένες καταστάσεις (ακολουθήστε το σύνδεσμο για το σχετικό μας άρθρο).

Τώρα, ένα νέο βήμα συμβαίνει με το CREME (Cis‑Regulatory Element Model Explanations). Το CREME μπορεί να εξερευνήσει in‑silico χιλιάδες, ή εκατοντάδες χιλιάδες, πιθανές μεταλλάξεις και να αξιολογήσει το θεραπευτικό τους δυναμικό.

Αυτή η έρευνα πραγματοποιήθηκε στο Simons Center for Quantitative Biology, Cold Spring Harbor Laboratory, Νέα Υόρκη, από τους Shushan Toneyan & Peter K. Koo, και δημοσιεύθηκε στο Nature Genetics με τίτλο “Ερμηνεία αλληλεπιδράσεων cis‑ρυθμιστικών στοιχείων από μεγάλης κλίμακας βαθιά νευρωνικά δίκτυα”.

Peter Koo – Πηγή: CSHL

Κλιμάκωση του CRISPRi

Αυτό που κάνει το σύστημα AI CREME είναι μια εικονική έκδοση του CRISPi, ή CRISPR interference.

Το CRISPRi είναι μια μέθοδος για τη μείωση της έκφρασης συγκεκριμένων γονιδίων κατόπιν ζήτησης, χρησιμοποιώντας την τεχνολογία CRISPR, δημιουργώντας κάτι παρόμοιο με τις μεθόδους RNAi (RNA interference).

Θεωρητικά, το CRISPRi μπορεί να προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες για τις λειτουργίες των γονιδίων και τη σύνδεσή τους με κυτταρική σηματοδότηση, μεταβολικές οδούς, ορμόνες & αντιδράσεις του ανοσοποιητικού συστήματος, κ.λπ.

Στην πράξη, το CRISPRi είναι δαπανηρό και χρονοβόρο, περιορίζοντας τις πραγματικές του εφαρμογές. Έτσι προέκυψε η ιδέα να προσομοιωθεί πρώτα το CRISPRi μέσω AI, πριν αποφασιστεί ποια είναι άξια διερεύνησης.

Το CREME επιτρέπει στους επιστήμονες να κάνουν παρόμοιες αλλαγές σε ένα εικονικό γονόμου και προβλέπει τις επιδράσεις τους στη δραστηριότητα των γονιδίων. Με άλλα λόγια, είναι σχεδόν σαν μια AI έκδοση του CRISPRi.

“Στην πραγματικότητα, το CRISPRi είναι εξαιρετικά δύσκολο να εκτελεστεί στο εργαστήριο. Και περιοριζόμαστε από τον αριθμό των διαταραχών και την κλίμακα.

Αλλά επειδή κάνουμε όλες τις διαταραχές [εικονικά], μπορούμε να σπρώξουμε τα όρια. Και η κλίμακα των πειραμάτων που πραγματοποιήσαμε είναι άνευ προηγουμένου—εκατοντάδες χιλιάδες πειράματα διαταραχής.”

Peter Koo – Επίκουρος Καθηγητής στο Cold Spring Harbor Laboratory.

Κατανόηση του Γονιδιώματος σε Κλίμακα

Υπάρχουν τουλάχιστον εκατομμύρια μεταλλάξεις που μπορεί να ενδιαφέρουν την έρευνα στη γενετική και τη γενωμική. Έτσι είναι σαν να ψάχνεις για βελόνα σε άχυρο.

Και παρά την πρόοδο στην αλληλούχιση γονιδιώματος, πολυομικές προσεγγίσεις, και την αυτοματοποίηση των εργαστηρίων, η δοκιμή ιδεών μία‑μία παραμένει πολύ χρονοβόρα.

Το CREME μετατρέπει αυτή τη διαδικασία σε χιλιάδες εικονικά πειράματα με ένα κλικ. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αρχική ταυτοποίηση και κατανόηση βασικών περιοχών του γονιδιώματος.

Συνεργασία AI

Μια αυξανόμενη τάση στη χρήση AI για θεμελιώδη έρευνα είναι η αξιοποίηση πολλών υπερ‑ειδικών AI σε ένα ερευνητικό έργο.

Αυτό συμβαίνει επειδή κάθε AI συνήθως σχεδιάζεται για να εκτελεί μόνο μία συγκεκριμένη εργασία. Η έξοδος ενός AI μπορεί να γίνει είσοδος ενός άλλου AI, για περαιτέρω ανάλυση με υπερ‑υψηλή ταχύτητα.

Σε αυτή την έρευνα, συνδύασαν το CREME με ένα άλλο εργαλείο AI, Enformer, ένα AI της Google που μπορεί να προβλέψει πώς η αλληλουχία DNA επηρεάζει την έκφραση γονιδίων.

Ο συνδυασμός των 2 AI επέτρεψε στην ομάδα του Peter Koo να αποκαλύψει μια σειρά γενετικών κανόνων που το Enformer έμαθε αναλύοντας το γονόμου.

Αυτή είναι μια σημαντική ανακάλυψη, καθώς στην πράξη, πολλά AI λειτουργούν ως «μαύρο κουτί» χωρίς σαφή ένδειξη του πώς το βαθύ νευρωνικό δίκτυο φτάνει στα συμπεράσματά του.

Αυτό θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στην πιο ακριβή εφαρμογή των τεχνικών RNAi και CRISPRi:

“Η κατανόηση των κανόνων της γονιδιακής ρύθμισης σας δίνει περισσότερες επιλογές για τη ρύθμιση των επιπέδων έκφρασης γονιδίων με ακριβή και προβλέψιμο τρόπο,”

Peter Koo – Επίκουρος Καθηγητής στο Cold Spring Harbor Laboratory.

Συνολικά, αυτά τα νέα εργαλεία AI είναι πιθανό να προσφέρουν νέους θεραπευτικούς στόχους και να συμβάλουν σε μια καλύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του γονιδιώματος.

Δεν Χρειάζεται Εργαστήριο;

Ένα άλλο αποτέλεσμα αυτών των ψηφιακών εργαλείων είναι ότι μπορούν να δώσουν τη δυνατότητα σε ερευνητές που δεν έχουν πρόσβαση σε εγκαταστάσεις για προχωρημένα γενετικά εργαστήρια να συμβάλουν σε νέες ανακαλύψεις.

Δεν όλοι οι κορυφαίοι νους στη βιολογία και την ιατρική έχουν απαραίτητα πρόσβαση σε εκατομμύρια δολάρια προϋπολογισμού και κορυφαία εργαστήρια. Γνωρίζουμε επίσης από την ιστορία της επιστήμης ότι μερικές φορές, οι πιο μετασχηματιστικές ιδέες προέρχονται από εκτός του mainstream έρευνα.

Έτσι, όχι μόνο τα εργαλεία AI όπως το CREME μπορούν να βοηθήσουν ερευνητές που εργάζονται ήδη με CRISPR και άλλα εργαλεία γονιδιακής μετασχηματισμού, αλλά θα μπορούσαν επίσης να ενδυναμώσουν άλλους επιστήμονες με φρέσκιες ιδέες, ειδικά σε μη‑δυτικές ερευνητικές εγκαταστάσεις που ίσως είναι λιγότερο χρηματοδοτημένες.

Για παράδειγμα, θα μπορούσαμε να δούμε το CRISPR και CRISPRi να χρησιμοποιούνται πιο εκτενώς στη γεωργία ή τη συνθετική βιολογία.

Επένδυση στο CRISPR

Με την έγκριση της πρώτης θεραπείας γονιδίων που χρησιμοποιεί CRISPR, η εστίαση των επενδύσεων στο CRISPR έχει στραφεί σε σπάνιες ασθένειες και θεραπείες γονιδίων.

Αλλά η τεχνολογία είναι πολύ πιο ευέλικτη από αυτό, με δυνατότητες σε θεραπείες καρκίνου, μεταβολικές ασθένειες, γήρανση, γεωργία, συνθετική βιολογία, κ.λπ.

Μπορείτε να επενδύσετε σε εταιρείες CRISPR μέσω πολλών χρηματιστών, και μπορείτε να βρείτε εδώ, στο securities.io, τις προτάσεις μας για τους καλύτερους χρηματιστές στις ΗΠΑ, Καναδά, Αυστραλία, Η Βρετανία, καθώς και σε πολλές άλλες χώρες.

Αν δεν ενδιαφέρεστε μόνο για εταιρείες CRISPR, μπορείτε επίσης να εξετάσετε βιοτεχνολογικά ETFs όπως το WisdomTree BioRevolution UCITS ETF (WBIO) (WT ), το VanEck Biotech ETF (BBH), ή το First Trust NYSE Arca Biotechnology Index Fund (FBT) που θα προσφέρει πιο διαφοροποιημένη έκθεση για να επωφεληθείτε από την αυξανόμενη βιοτεχνολογική οικονομία.

Ή ελέγξτε το άρθρο μας για το “Top 5 Εταιρείες CRISPR για Επένδυση”.

Εταιρείες CRISPR

1. CRISPR Therapeutics

Αυτό που ξεχωρίζει την CRISPR Therapeutics (CRSP ) είναι η ομάδα ιδρυτών υψηλού επιπέδου, συμπεριλαμβανομένης της Δρ. Emmanuelle Charpentier, της οποίας η θεμελιώδης έρευνα αποκάλυψε τους βασικούς μηχανισμούς της τεχνολογίας CRISPR‑Cas9, θέτοντας τα θεμέλια για τη χρήση του CRISPR‑Cas9 ως ένα ευέλικτο και ακριβές εργαλείο επεξεργασίας γονιδίων. Πολλές βραβεύσεις έχουν αναγνωρίσει το έργο της, συμπεριλαμβανομένου του Breakthrough Prize in Life Science.

Η CRISPR Therapeutics αναπτύσσει μια αποδοτική και ευέλικτη πλατφόρμα επεξεργασίας γονιδίων CRISPR/Cas9 για θεραπείες που αντιμετωπίζουν αιμοσφαιροπάθειες, καρκίνο, διαβήτη και άλλες ασθένειες.

Η πρώτη θεραπεία που προωθούσαν στόχευε τις αιματικές παθήσεις β‑θαλασσιμότητας και σικελική ασθένεια.

Έχουν πλέον εγκριθεί υπό το εμπορικό όνομα Casgevy και για τις δύο εφαρμογές. Το πρώτο πρόγραμμα allogeneic CAR‑T της εταιρείας, που στοχεύει σε κακοήθειες των Β‑κυττάρων, βρίσκεται επίσης σε κλινικές δοκιμές.

Πηγή: CRISPR Therapeutics

Παρόλο που η σικελική ασθένεια είναι μια ασθένεια με σχετικά μικρή αγορά, μόλις η τεχνολογία ωριμάσει μπορούν να επεκταθούν σε άλλους θεραπευτικούς στόχους.

Οι προόδους στην τεχνολογία CRISPR όπως το CREME μπορούν να αποτελέσουν μεγάλο πλεονέκτημα για εταιρείες με εγκεκριμένα προϊόντα όπως η CRISPR Therapeutics και ο συνεργάτης της Vertex. Με ένα νέο βελτιωμένο σύστημα CRISPR, θα μπορούσαν σε λίγα χρόνια να αναβαθμίσουν τις θεραπείες β‑θαλασσιμότητας και σικελικής ασθένειας. Θα ανανεώσει επίσης την σχετική IP και τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας, επιτρέποντας στο Casgevy να παραμείνει κερδοφόρο προϊόν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.

2. Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

Η εταιρεία παράγει οργανισμούς κατά ζήτηση για συγκεκριμένες εφαρμογές. Έχει διαφοροποιήσει τις εφαρμογές της ευρέως με πολλά ερευνητικά προγράμματα και συνεργασίες:

• Κανναβινοειδή
• Παραγωγή εμβολίων mRNA και φαρμάκων νουκλεϊκών οξέων
• Πρωτεΐνες τροφίμων
• Παραγωγή βιολογικών λιπασμάτων σε συνεργασία με τη Bayer
• Προγραμματιζόμενα μικρόβια για παθήσεις του εντέρου
• Βιοαποκατάσταση μικροπλαστικών
• Βιοασφάλεια και ανίχνευση παθογόνων
• Ανακύκλωση αποβλήτων και μολυσματικών παραγόντων

Πολλές από αυτές τις τροποποιήσεις βασίζονται σε CRISPR ή παρόμοιες τεχνολογίες γονιδιακής επεξεργασίας, ιδιαίτερα οι θεραπείες CAR‑T κατά του καρκίνου της.

Παρέχοντας μια έτοιμη πλατφόρμα για τη μηχανική κυττάρων, η Ginkgo γίνεται βασικός πάροχος υπηρεσιών στη βιοτεχνολογική βιομηχανία, επεκτείνοντας πέρα από τη φαρμακευτική βιομηχανία προς τη γεωργία, τη βιοασφάλεια και τις βιομηχανικές χημικές διεργασίες. Παρέχει εξειδίκευση και ταχύτητα και μπορεί να βοηθήσει στη μείωση των σταθερών εξόδων και της ποσότητας κεφαλαιακών δαπανών που απαιτούνται για ένα ερευνητικό έργο.

Αυτό αποδεικνύεται από το πολύ διαφορετικό φάσμα πελατών και συνεργατών που η εταιρεία έχει αποκτήσει τα τελευταία χρόνια.

Πηγή: Gingko Bioworks

Αποτελεί ελκυστική μετοχή για επενδυτές που επιθυμούν να στοιχηματίσουν σε τεχνολογίες γονιδιακής επεξεργασίας και μηχανικής κυττάρων, αλλά όχι σε μία συγκεκριμένη εφαρμογή. Αυτό είναι επίσης συνήθως πιο ενδιαφέρον για επενδυτές που εστιάζουν στην ανάπτυξη.

Η εμφάνιση ανοιχτού κώδικα, δωρεάν εργαλείων όπως το CREME, το Enformer και το OpenCRISPR‑1 θα μπορούσε να δώσει τεράστια ώθηση σε εταιρείες όπως η Gingko, οι οποίες εστιάζουν περισσότερο στην ανάπτυξη δεκάδων ή εκατοντάδων προσαρμοσμένων οργανισμών και κυττάρων παρά στην προώθηση μιας συγκεκριμένης έκδοσης του CRISPR ή μιας συγκεκριμένης θεραπείας.

Με αυτόν τον τρόπο, θα μπορούσαν γρήγορα να αξιοποιήσουν τεχνικές CRISPR ειδικές για ένα φυτό ή πιο αποτελεσματικές σε ορισμένα γονίδια κανναβινοειδών, ένζυμα που καταναλώνουν πλαστικό, κ.λπ.