Το CRISPR επόμενης γενιάς ενισχύει την ακρίβεια στη γονιδιακή θεραπεία

Κάνοντας την επεξεργασία γονιδίων πιο ακριβή

Μέχρι πρόσφατα, οι γενετικές τροποποιήσεις ήταν μάλλον ακατέργαστες, εισάγοντας μια νέα γενετική αλληλουχία τυχαία στους οργανισμούς-στόχους.

Η μέθοδος εισαγωγής ήταν επίσης πολύ καταστροφική. Ως αποτέλεσμα, μόνο τα βακτήρια και τα φυτά θα τροποποιούνταν γενετικά συστηματικά, και οποιαδήποτε επεξεργασία γονιδίων σε οργανισμούς όπως τα θηλαστικά (συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων) ήταν πολύπλοκη, δαπανηρή και αργή.

Αυτό έχει αλλάξει εν μέρει με την τεχνολογία CRISPR, η οποία άνοιξε ξαφνικά τον δρόμο για ακριβή και ελεγχόμενη επεξεργασία γονιδίων, με αποτέλεσμα την έγκριση της πρώτης γονιδιακής θεραπείας για ανθρώπινες γενετικές ασθένειες στα τέλη του 2023.

Ωστόσο, το CRISPR δεν είναι ακόμη τέλειο, με αποτέλεσμα μερικές φορές ανεπιθύμητες γενετικές τροποποιήσεις.

Αυτό ίσως να άλλαξε με μια πρωτοποριακή ανακάλυψη από τρεις ερευνητές του MIT.

Ανακοίνωσαν μια νέα μέθοδο που επιτρέπει ριζικά βελτιωμένη αξιοπιστία της επεξεργασίας γονιδίων, ανοίγοντας τον δρόμο για τη δημιουργία νέων θεραπειών.

Δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Nature¹, υπό τον τίτλο "Σχεδιασμένοι βασικοί επεξεργαστές με ελάχιστα γονιδιωματικά σφάλματα".

Από το τυπικό CRISPR στην πρωτοποριακή επεξεργασία

Από την έγκριση των πρώτων θεραπειών που βασίζονται στο CRISPR-Cas9, η ιδέα της αξιόπιστης επεξεργασίας των γονιδιωμάτων των ασθενών για τη θεραπεία τους δεν αποτελεί πλέον επιστημονική φαντασία. Ωστόσο, η τεχνολογία CRISPR δεν τροποποιεί πάντα το στοχευμένο γονίδιο με τον τρόπο που το επιθυμούν οι επιστήμονες.

Το σύστημα CRISPR αποτελείται από ένα ένζυμο που ονομάζεται Cas9 και μπορεί να κόψει δίκλωνο DNA σε ένα συγκεκριμένο σημείο, μαζί με ένα οδηγό RNA που λέει στο Cas9 πού να κόψει.

Οι ερευνητές έχουν προσαρμόσει αυτήν την προσέγγιση για να αποκόπτουν ελαττωματικές γονιδιακές αλληλουχίες ή να εισάγουν νέες, ακολουθώντας ένα πρότυπο RNA.

Από το 2019, οι ερευνητές του MIT έχουν δημοσιεύσει μια νέα έννοια που ονομάζεται prime editing, η οποία είναι πιο ακριβής από την κανονική επεξεργασία γονιδίων CRISPR-Cas9. Ως αποτέλεσμα, έχει λιγότερες παρενέργειες και λιγότερες πιθανότητες να προκαλέσει επιπλέον προβλήματα υγείας σε συχνά ήδη αδύναμους ασθενείς.

Η αρχική επεξεργασία χρησιμοποιεί ένα τροποποιημένο Cas9 συγχωνευμένο με ένα ένζυμο αντίστροφης μεταγραφάσης, επιτρέποντάς του να εκτελεί όλες τις πιθανές τροποποιήσεις γενετικής βάσης, καθώς και μικρές εισαγωγές και διαγραφές γενετικών αλληλουχιών.

Έτσι, μακροπρόθεσμα, η prime editing αναμένεται να γίνει η αναβαθμισμένη και πιο αξιόπιστη έκδοση της γονιδιακής επεξεργασίας που βασίζεται στο CRISPR.

Πηγή: Μπέντζαμιν ΜακΛέοντ

Για παράδειγμα, οι κύριοι επεξεργαστές χρησιμοποιήθηκαν με επιτυχία το 2025 για τη θεραπεία ενός ασθενούς με χρόνια κοκκιωματώδη νόσο (CGD), μια σπάνια γενετική ασθένεια που επηρεάζει τα λευκά αιμοσφαίρια.

«Καταρχήν, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε τελικά να χρησιμοποιηθεί για την αντιμετώπιση πολλών εκατοντάδων γενετικών ασθενειών διορθώνοντας μικρές μεταλλάξεις απευθείας στα κύτταρα και τους ιστούς».

Βικάς Τσαουχάν - Ινστιτούτο Koch για Ολοκληρωμένη Έρευνα για τον Καρκίνο του MIT

Αλλά χρειαζόταν λίγη βελτίωση πριν είναι έτοιμο για χρήση σε κύτταρα και σώματα ανθρώπων.

Πώς η Prime Editing βελτιώνει την ακρίβεια εισαγωγής DNA

Η αρχική επεξεργασία κόβει μόνο μία από τις συμπληρωματικές αλυσίδες της αλληλουχίας DNA-στόχου, ανοίγοντας ένα πτερύγιο όπου μπορεί να εισαχθεί μια νέα αλληλουχία.

Μόλις όμως αντιγραφεί η νέα αλληλουχία, πρέπει να ανταγωνιστεί την παλιά αλυσίδα DNA για να ενσωματωθεί στο γονιδίωμα.

Εάν η παλιά αλυσίδα υπερισχύσει της νέας, το επιπλέον πτερύγιο του νεοδημιουργημένου DNA που κρέμεται μπορεί κατά λάθος να ενσωματωθεί κάπου αλλού, προκαλώντας σφάλματα.

Τέτοια σφάλματα θα μπορούσαν τελικά να προκαλέσουν καρκίνο, εισερχόμενα τυχαία στο γονιδίωμα, ένας σαφής κίνδυνος που πρέπει να μειωθεί.

Με την πιο πρόσφατη έκδοση των prime editors, αυτό το ποσοστό σφάλματος κυμαίνεται από μία ανά επτά επεξεργασίες έως μία ανά 121 επεξεργασίες για διαφορετικές λειτουργίες επεξεργασίας, το οποίο εξακολουθεί να είναι πολύ υψηλό.

«Οι τεχνολογίες που διαθέτουμε τώρα είναι πραγματικά πολύ καλύτερες από τα προηγούμενα εργαλεία γονιδιακής θεραπείας, αλλά υπάρχει πάντα η πιθανότητα για αυτές τις ακούσιες συνέπειες»,

Βικάς Τσαουχάν - Ινστιτούτο Koch για Ολοκληρωμένη Έρευνα για τον Καρκίνο του MIT

Σημαντικό άλμα στην αξιοπιστία της πρωτοποριακής επεξεργασίας

Το 2023, οι ερευνητές του MIT ανακάλυψαν ότι ορισμένες μεταλλαγμένες εκδοχές της πρωτεΐνης Cas9 που χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία prime μερικές φορές έκαναν την κοπή τους μία ή δύο βάσεις πιο μακριά κατά μήκος της αλληλουχίας DNA, αντί να βρίσκονται πάντα στο ίδιο σημείο.

Αυτό έκανε τις παλιές αλυσίδες DNA λιγότερο σταθερές, με αποτέλεσμα να υποβαθμίζονται, διευκολύνοντας την ενσωμάτωση των νέων αλυσίδων χωρίς την εισαγωγή σφαλμάτων.

Σε αυτή τη νέα μελέτη του 2025, οι ερευνητές εντόπισαν πολλαπλές μεταλλάξεις Cas9 που αναγνωρίζουν μεταλλάξεις Cas9 που μείωσαν το ποσοστό σφάλματος στο 1/20 της αρχικής του τιμής.

Όταν συνδύασαν τεχνητά όλες αυτές τις μεταλλάξεις σε μία πρωτεΐνη Cas9, μείωσαν το ποσοστό σφάλματος στο 1/36 του αρχικού ποσού.

«Αυτή η εργασία σκιαγραφεί μια νέα προσέγγιση στην επεξεργασία γονιδίων που δεν περιπλέκει το σύστημα χορήγησης και δεν προσθέτει επιπλέον βήματα, αλλά οδηγεί σε μια πολύ πιο ακριβή επεξεργασία με λιγότερες ανεπιθύμητες μεταλλάξεις».

Φίλιπ Σαρπ - Ινστιτούτο Koch για Ολοκληρωμένη Έρευνα για τον Καρκίνο του MIT

Μη αρκούμενοι σε αυτό, χρησιμοποίησαν επίσης ένα σύστημα prime editing που διαθέτει μια πρωτεΐνη δέσμευσης RNA που σταθεροποιεί τα άκρα του προτύπου RNA πιο αποτελεσματικά.

Με την ονομασία vPE, η τελική έκδοση του κιτ εργαλείων επεξεργασίας γονιδίων είχε ποσοστό σφάλματος μόλις 1/60 του αρχικού, ή μόνο 101-543 επεξεργασίες, ανάλογα με τις λειτουργίες επεξεργασίας που χρησιμοποιήθηκαν.
Σύρετε για κύλιση →

Τα επόμενα βήματα

Ένα άλλο εμπόδιο στην επεξεργασία γονιδίων ήταν ανέκαθεν η χορήγηση πρωτεϊνών επεξεργασίας γονιδίων και DNA/RNA μέσα στον πυρήνα των στοχευμένων κυττάρων ή η στόχευση μόνο συγκεκριμένων ιστών στο σώμα.

Αυτό, λοιπόν, θα είναι το επόμενο επίκεντρο των ερευνητών, ειδικά επειδή οι τεχνικές επεξεργασίας υψηλής ποιότητας περιορίζονται από την κακή απόδοση σε σύγκριση με τα μικρότερα και απλούστερα «παραδοσιακά» συστήματα CRISPR-Cas9.

Πιστεύουν επίσης ότι αυτό το εργαλείο έχει τη δυνατότητα να επιταχύνει την πρόοδο στη βιοτεχνολογία συνολικά, όχι μόνο για τις θεραπείες επεξεργασίας γονιδίων.

Καταρχάς, η τεχνική και η ανακάλυψη ότι η τροποποίηση της πρωτεΐνης Cas9 μπορεί να βελτιώσει την αξιοπιστία της θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε όλες τις τεχνολογίες επεξεργασίας γονιδίων που βασίζονται στο CRISPR, όχι μόνο στην prime επεξεργασία.

Δεύτερον, αυτό θα μπορούσε να αποτελέσει ισχυρή ώθηση για άλλα ερευνητικά έργα που χρησιμοποιούν την επεξεργασία γονιδίων και γονιδιώματος ως ερευνητικό εργαλείο. Για παράδειγμα, η εύρεση απαντήσεων σχετικά με το πώς αναπτύσσονται οι ιστοί, πώς εξελίσσονται οι πληθυσμοί των καρκινικών κυττάρων και πώς τα κύτταρα ανταποκρίνονται στη φαρμακευτική αγωγή.

«Οι επεξεργαστές γονιδιώματος χρησιμοποιούνται εκτενώς σε ερευνητικά εργαστήρια.»

Έτσι, η θεραπευτική πτυχή είναι συναρπαστική, αλλά είμαστε πραγματικά ενθουσιασμένοι που βλέπουμε πώς οι άνθρωποι αρχίζουν να ενσωματώνουν τους συντάκτες μας στις ερευνητικές τους ροές εργασίας.

Βικάς Τσαουχάν - Ινστιτούτο Koch για Ολοκληρωμένη Έρευνα για τον Καρκίνο του MIT

Τέλος, οι μεταλλάξεις που βρέθηκαν να βελτιώνουν την αξιοπιστία του Cas9 ενδέχεται να μην έχουν εντοπιστεί όλες σε αυτήν τη μελέτη. Επομένως, περαιτέρω ανάλυση και βελτιστοποίηση αυτής της νέας έννοιας θα μπορούσε να αποφέρει ακόμη καλύτερα αποτελέσματα στο μέλλον.

Επένδυση στην επεξεργασία γονιδίων

Illumina

Ενώ η άλλες -ωμικές σε πολυωμικές (πρωτεωμική, μεταγραφωμική, κ.λπ.) είναι σημαντικά, σχεδόν όλα αρθρώνονται με τον έναν ή τον άλλον τρόπο γύρω από τη γονιδιωματική, το βασικό «εγχειρίδιο οδηγιών» κάθε ζωντανού κυττάρου.

Και μακράν, ο μεγαλύτερος παραγωγός μηχανών αλληλούχισης γονιδιώματος είναι η Illumina. Η εταιρεία επικεντρώνεται στην ανάγνωση σύντομων γενετικών αλληλουχιών, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση καρκίνου. Αυτή τη στιγμή διαθέτει πάνω από 22,000 εγκατεστημένους αλληλουχητές σε 165 χώρες.

Περίπου τα μισά από τα αναλώσιμα των μηχανημάτων αλληλούχισης της Illumina χρησιμοποιούνται σε κλινικές εφαρμογές, ενώ τα άλλα μισά σε δημόσια και ιδιωτικά ερευνητικά εργαστήρια. Σε κλινικές εφαρμογές, η μισή ζήτηση προέρχεται από την ογκολογία.

Πηγή: Illumina

Καθώς η γονιδιωματική και η πολυωμική γίνονται το επίκεντρο της διαδικασίας ανακάλυψης φαρμάκων, καθώς και της διάγνωσης του καρκίνου, ο εξοπλισμός της Illumina αναμένεται να έχει μεγάλη ζήτηση.

Η εταιρεία αναμένει ότι η ζήτηση για NGS (Next Generation Sequencing) θα αυξηθεί κατά 18% CAGR για κλινικές εφαρμογές και 6% CAGR για έρευνα, ενισχύοντας τη συνολική αγορά (TAM) του τομέα από 100 δισεκατομμύρια δολάρια για κλινικές εφαρμογές σε 25 δισεκατομμύρια δολάρια για έρευνα έως το 2033.

Πηγή: Illumina

Η Illumina είχε ένα περίπλοκο ιστορικό με την εταιρεία υγρών βιοψιών Grail (ΓΡΑΛ -0.36%), η οποία ήταν απόσχιση από την Illumina, αργότερα επανεξαγοράστηκε και τώρα αναγκάστηκε να υποχωρήσει σε απόσχιση από τις αρχές ανταγωνισμού στις ΗΠΑ και την ΕΕ.

Με την επίλυση αυτού του προβλήματος, η Illumina ενδέχεται να επαναλάβει τη μακροπρόθεσμη ανάπτυξη και την άνοδο της τιμής της μετοχής της, ειδικά επειδή, τελικά, οι δοκιμές υγρής βιοψίας της Grail πιθανότατα θα εξακολουθήσουν να βασίζονται σε συσκευές αλληλούχισης της Illumina.

Εν τω μεταξύ, περισσότερες γονιδιακές θεραπείες θα αυξήσουν επίσης τη χρήση των αλληλουχιστών της Illumina τόσο σε ερευνητικό όσο και σε κλινικό περιβάλλον.

(Μπορείτε επίσης να διαβάσετε μια πιο λεπτομερή ανάλυση της επιχείρησης, των μελλοντικών τεχνολογιών και της ιστορίας της Illumina στην ειδική έκθεση επενδύσεων.)

Τελευταία Νέα και Ανάπτυξη Μετοχών Illumina (ILMN)

Μελέτη στην οποία έγινε αναφορά

^{1. Chauhan, Αντιπρόεδρος, Sharp, PA & Langer, R. Σχεδιασμένοι βασικοί επεξεργαστές με ελάχιστα γονιδιωματικά σφάλματα. Φύση (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09537-3}