AI-pohjainen geenimuokkaus mahdollistettu ‘OpenCRISPR-1’ avulla

CRISPR-revoluutio

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) on äskettäin löydetty työkalu geenimuokkaukseen. Se mahdollistaa erittäin tarkan ja suunnatun geenimuokkauksen, ja sen löytäjät ovat voittaneet vuoden 2020 Nobel-palkinnon. 2020 Nobel-palkinto.

Lähde: Lab Associates

Alkuperäinen löydetty CRISPR-järjestelmä oli CRISPR-Cas9, ja sen jälkeen on löydetty tai luotu monia muokattuja CRISPR-järjestelmiä. Voit lukea lisää CRISPR:n teknisistä yksityiskohdista artikkelissamme “Mikä on CRISPR-Cas12a2? & Miksi se on tärkeä??”

CRISPR on genomisen vallankumouksen eturintamassa, ja sen avulla kehitetyt ensimmäiset geeniterapiat on nyt hyväksytty verisairauksia varten, mistä kirjoitimme perusteellisesti artikkelissa “Miten CRISPR-yritykset kohdistavat sirppisoluanemian”.

Sen löytämisen jälkeen CRISPR:n hyödyntäminen tietyn geenin tai DNA-jakson muokkaamiseen on ollut työläs tehtävä, joka vaatii paljon asiantuntemusta ja manuaalista työtä. Tämä saattaa kuitenkin muuttua AI-työkalujen nopean kehityksen ansiosta.

AI + CRISPR

Researchers at the University of Berkeley have investigated using LLMs (Large Language Models) in combination with CRISPR technology and published their findings in the scientific paper “Design of highly functional genome editors by modeling the universe of CRISPR-Cas sequences.”

Tarkemmin sanottuna he keräsivät tietoaineiston, jossa on miljoona CRISPR-operoonia 26 terabassin arvoisista genomitietokannoista (26 biljoonaa geneettistä emäsparia).

Sitten he käyttivät tekoälyä luodakseen miljoonia erilaisia CRISPR:n kaltaisia proteiineja, joita ei luonnossa ole, sekä “single‑guide RNA -sekvenssejä Cas9:n kaltaisille efektoriproteiineille”.

Testatessaan näiden uusien CRISPR:n kaltaisten proteiinien ja RNA‑sekvenssien todellista tehokkuutta, he havaitsivat, että tuotetut geenieditorit osoittavat verrattavaa tai parempaa aktiivisuutta ja spesifisyyttä SpCas9:een verrattuna.

Miksi se on tärkeää?

CRISPR‑Cas9 löydettiin alun perin bakteereista, jotka käyttävät sitä suojautuakseen viruksilta.

Tämän seurauksena CRISPR‑Cas9:n tuominen ihmissoluun voi tehdä geenimuokkauksesta vähemmän tehokasta kuin bakteerisolussa. Tämä johtuu siitä, että luonnollisesti esiintyvät CRISPR-järjestelmät ovat kaikki bakteerisia eikä niitä ole optimoitu toimimaan monimutkaisemmissa soluissa.

Tämä myös tarkoittaa, että on todennäköistä, että muita CRISPR:n kaltaisia järjestelmiä voitaisiin suunnitella saavuttamaan tehokkaampia, tarkempia tai nopeampia tuloksia kuin luonnollisesti esiintyvä CRISPR‑Cas9.

Kuitenkin tähän mennessä etsintä tällaisten uusien CRISPR:n kaltaisten järjestelmien löytämiseksi on rajoittunut uusien bakteeristen CRISPR-järjestelmien, kuten Cas12:n (Editas Medicine (EDIT ) -yrityksen suosima), löytämiseen, ja toivomme niiden olevan voimakkaampia kuin ensimmäinen löydetty.

Kun tekoäly pystyy luomaan miljoonia uusia mahdollisia sekvenssejä, tämä avaa mahdollisuuden löytää “täydellinen” CRISPR-järjestelmä ihmisten geeniterapioita varten. Se voisi myös mahdollistaa CRISPR-järjestelmän suunnittelun, joka on optimoitu tiettyihin ihmisen kudoksiin sekä eläin- tai kasvilajeihin.

Se voisi myös avata tien uusille geenimuokkauksen muodoille, joita standardi CRISPR‑Cas9 ei salli, kuten base-, prime- tai epigenomin muokkaus.

Gene Editing Open-AI

Kun potentiaali tekoälyn luomasta geenieditorista on osoitettu, tutkijat ovat päättäneet julkaista sen yleisölle.

Tämä perusmuokkaukseen yhteensopiva tekoäly on nimetty OpenCRISPR-1:ksi.

Open CRISPR-1 – Lähde: Profluent

Tämä malli liitettiin Berkeleyssä toimivaan startupiin Profluent, the AI‑first protein design company. OpenCRISPR-1:n tekeminen avoimen lähdekoodin ohjelmistoksi oli päätös, jonka Berkeleyn tutkijat ja Profluent jakavat, pyrkien demokratisoimaan teknologiaa.

Voit löytää OpenCRISPR-1:n tiedostot ja dokumentaation GitHubista. Se on ilmainen käyttää, myös kaupallisiin tarkoituksiin, mutta vaatii lisenssisopimuksen, jotta voidaan valvoa, että työkalua käytetään turvallisesti ja eettisesti.

AI:n suunnittelemat räätälöidyt hoidot

OpenCRISPR-1:n potentiaali on valtava, ja pitkällä aikavälillä se saattaa avata tien paljon tehokkaampiin geeniterapioihin.

Sen sijaan voimme kuvitella, että yhdistettynä nykyiseen alle 1 000 dollarin hintaan yksilölliselle genomin sekvensoinnille, se voisi mahdollistaa räätälöidyn geenimuokkauksen. Näin CRISPR-järjestelmä, jota käytetään geenimuokkaukseen yksittäisellä potilaalla, voitaisiin räätälöidä hänen erityiseen genomiinsa, sen sijaan että käytettäisiin yleistä mallia kaikille.

Kuitenkin tähän vie aikaa, kuten kymmenen vuoden jakso, joka kesti CRISPR:n löytämisestä ensimmäisten terapioiden hyväksymiseen, osoittaa. Geenimuokkaus ei koskaan ole riskitön toiminta, ja FDA on varmasti varovainen ja vaatii paljon dataa ennen kuin se antaa luvan testaamattomien geenimuokkausjärjestelmien käyttöön ihmisissä.

CRISPR-yritykset

Profluent ei ole (vielä?) julkisesti noteerattu yritys, mutta monet muut yritykset ovat erittäin aktiivisia CRISPR-teknologian kehittämisessä kaupallisiksi tuotteiksi.

1. CRISPR Therapeutics

Mikä erottaa CRISPR Therapeuticsin muista, on perustajien huippuosaava tiimi, johon kuuluu tohtori Emmanuelle Charpentier, jonka merkittävä tutkimus paljasti CRISPR‑Cas9‑teknologian keskeiset mekanismit, luoden perustan CRISPR‑Cas9:n käyttöön monipuolisena ja tarkkana geenimuokkaustyökaluna. Lukuisa määrä palkintoja on tunnustanut hänen työtään, mukaan lukien Breakthrough Prize Life Science -palkinto.

CRISPR Therapeutics (CRSP ) kehittää tehokasta ja monipuolista CRISPR/Cas9‑geenimuokkausalustaa terapioihin, joilla hoidetaan hemoglobiinipathioita, syöpää, diabetesta ja muita sairauksia.

Ensimmäinen terapia, jonka he edistivät, kohdistui verisairauksiin β‑talassemia ja sirppisoluanemia.

Heidät on nyt hyväksytty kaupallisella nimellä Casgevy molempiin sovelluksiin. Yrityksen ensimmäinen allogeeninen CAR‑T‑ohjelma, joka kohdistuu B‑solun maligniteetteihin, on myös kliinisissä kokeissa.

Vaikka sirppisoluanemia on sairaus, jonka markkinat ovat kiistatta pieniä, teknologian kypsyttyä he voivat siirtyä kohdistamaan muita tautivektoreita.

CRISPR-teknologian edistysaskeleet, kuten OpenCRISPR-1, voivat olla suuri etu yrityksille, joilla on hyväksyttyjä tuotteita, kuten CRISPR Therapeutics ja sen kumppani Vertex. Uudella parannetulla CRISPR-järjestelmällä he voisivat muutamassa vuodessa päivittää β‑talassemia- ja sirppisoluanemia‑terapioita. Tämä myös uudistaisi siihen liittyvät immateriaalioikeudet ja patentit, jolloin Casgevy voisi olla kannattava tuote pidempään.

2. Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

Yritys tuottaa tilauksesta organismeja erityistarkoituksiin. Se on monipuolistanut sovelluksiaan laajasti monien tutkimusohjelmien ja kumppanuuksien avulla:

• Kannabinoidit
• mRNA-rokotteen tuotanto ja nukleiinihappolääkkeet
• Elintarvikeproteiinit
• Biologisen lannoitteen tuotanto yhteistyössä Bayerin kanssa
• Ohjelmoitavat mikrobit suolistosairauksia varten
• Mikromuovien bioremediaatio
• Bioturvallisuus ja patogeenien havaitseminen
• Jätteen ja kontaminaatioiden kierrätys

Monet näistä muokkauksista perustuvat CRISPR:iin tai vastaaviin geenimuokkausteknologioihin, erityisesti sen CAR‑T‑syöpäsoluterapioihin.

Tarjoamalla valmiin alustan solujen suunnitteluun, Ginkgo on nousemassa keskeiseksi palveluntarjoajaksi biotekniikkateollisuudessa, ulottuen farmaseuttisesta teollisuudesta maatalouteen, bioturvallisuuteen ja teollisiin kemiallisiiin prosesseihin. Se tarjoaa asiantuntemusta ja nopeutta sekä voi auttaa vähentämään kiinteitä kustannuksia ja tutkimusprojektin tarvitsemien pääomamenojen määrää.

Tämä näkyy yrityksen erittäin monipuolisessa asiakas- ja kumppanijoukossa, jota se on saanut viime vuosina.

Lähde: Gingko Bioworks

Se on houkutteleva osake sijoittajille, jotka haluavat panostaa geenimuokkaus- ja solusuunnitteluteknologioihin, mutta ei yhteen tiettyyn sovellukseen. Tämä on myös tyypillisesti kiinnostavampaa kasvukeskeisille sijoittajille.

Avoimen lähdekoodin, ilmaisten työkalujen, kuten OpenCRISPR-1:n, ilmestyminen voisi olla valtava vauhti Ginkgolle, joka keskittyy enemmän kymmenien tai satojen räätälöityjen organismien ja solujen kehittämiseen kuin tietyn CRISPR‑version tai yhden terapian edistämiseen. Näin se voisi nopeasti käyttää CRISPR:ia, joka on spesifinen tietylle kasvilajille tai tehokkaampi kannabinoidigeeneissä, jne.