Mikä on CRISPR-Cas12a2? & Miksi se on tärkeä?

CRISPR:n lyhyt historia

CRISPR tarkoittaa Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats -lyhennettä, joka viittaa prokaryoottisen DNA:n segmentteihin, joissa on lyhyitä toistuvia emässekvenssejä. Nämä ovat osa bakteerien puolustusjärjestelmää, joka yhdessä CRISPRiin liittyvien (Cas) proteiinien kanssa muodostaa perustan CRISPR-Cas9 -genominmuokkausteknologialle. Se kohdistaa käytännössä viruksen geneettiseen materiaaliin estäen sen leviäminen.

CRISPR-molekyylejä voidaan käyttää yhdessä Cas9-proteiinin (Cas tarkoittaa CRISPR Associated Protein) kanssa CRISPR-Cas9 -teknologian muodostamiseksi. Tätä teknologiaa hyödynnetään editointi geenejä elävissä soluissa ja organismeissa muokkaamalla CRISPR-sekvenssejä.

Tekniikan keskeinen etu on, että se mahdollistaa DNA-alueen, jota muokataan, kohdistamisen erittäin tarkasti, mikä oli aiemmille menetelmille mahdotonta. CRISPR-Cas9:n keksijät saivat vuoden 2020 kemian Nobel-palkinnon.

Mutta Cas9 ei ole ainoa mahdollinen tapa käyttää CRISPRia. On myös Cas13, jota voidaan käyttää RNA:n muokkaamiseen. Ja tässä artikkelissa käsiteltävä Cas12a.

Cas12a vs Cas9

Tässä selitetään Cas12a mahdollisimman paljon tavalla, joka on ymmärrettävissä ei-biokemisteille, joten jotkut yksityiskohdat yksinkertaistetaan, ja tarkastelemme ensin, mitä CRISPR-Cas12a on.

CRISPR-Cas12a on erilainen järjestelmä kuin Cas9 muutamissa näkökohdissa:

• Tarjoaa vaihtoehtoisia leikkauspaikkoja, joita Cas9 ei pysty.
  • Non-technical translation: Cas9:n vaikeasti ratkaistavat ongelmat voisivat olla toteutettavissa Cas12alla
• Se leikkaa DNA:n tavalla, joka jättää “tarttuvan” DNA-osan sen sijaan, että Cas9 tekisi “tasaisen” leikkauksen, ja se voidaan leikata useita kertoja.
  • Non-technical translation: Tämä lisää genominmuokkauksen onnistumismahdollisuuksia.
• Cas12a ei tarvitse transaktivoivaa crRNA:ta (tracrRNA), toisin kuin Cas9. Pienemmän koon ansiosta se mahdollistaa helpomman monialaisen genominmuokkauksen.
  • Non-technical translation: useampaa geeniä voidaan muokata samanaikaisesti CAs12alla

Lähde: Wikipedia

Cas12a2:n ainutlaatuiset ominaisuudet

CRISPR-Cas12a:n kanssa tutkijat luulivat omaavansa uuden, hieman erilaisen version nyt paremmin ymmärretystä CRISPR-Cas9:stä. Näillä variaatioilla oli monia mielenkiintoisia käyttötapoja, mutta se oli silti sama perusmekanismi.

Ja sitten tuli Cas12a2.

Lopullinen numero, “2” lopussa, viittaa Cas12a:n varianttiin, jolla näyttää olevan hyvin erilaiset ominaisuudet. Itse asiassa se toimii paljon eri tavalla kuin “normaali” Cas12a, samalla tavalla kuin Cas12a eroaa Cas9:stä.

CRISPR-Cas-järjestelmät on suunniteltu hyökkäämään vieraita geenejä vastaan ja suojaamaan bakteereja viruksilta. Tutkijat ovat hyödyntäneet tätä kykyä geenimuokkaukseen. Cas12a2:n toiminta on hyvin erilainen. Kun se havaitsee virus-RNA:n, se alkaa hyökätä KAIKKIA nukleiinihappoja solun sisällä. Useimmiten se tappaa kyseisen solun, suojaten bakteerikolonian muuta osaa ja estäen viruksen lisääntymisen.

Tämä täysin uusi mekanismi toi sen löytäneille paikan arvostetussa Nature-lehdessä tammikuun alussa 2023 kahdessa eri artikkelissa (joka on käytännössä uranrakentava saavutus mille tahansa biologiolle).

Cas12a2:n sovellukset

Syynä Nature:n arvioijien innostukseen on melko yksinkertainen. Cas12a2-mekanismi mahdollistaa työkalun luomisen, jolla voidaan “ohjelmallisesti tappaa soluja”.

Ensimmäinen sovellus voisi olla paljon tehokkaampi muokkaus käyttäen muuta CRISPR-menetelmää. Cas12a2:n yhdistäminen muihin CRISPR-Cas-järjestelmiin voisi lisätä CRISPR-geenimuokkauksen tehokkuutta vastavalinnan avulla.

Se voisi myös olla erittäin tehokas virus-RNA:n havaitsemisessa. Joten toinen sovellus on, että CAs12a2 voitaisiin muuttaa lähes täydelliseksi testiksi virusten havaitsemiseksi. Julkaistu artikkeli osoittaa jo konseptin toimivuuden.

CAs12a2-pohjaiset testit yhdistävät PCR-testin erittäin korkean herkkyyden kotitestin helppouden ja edullisuuden kanssa. Kaikki ilman monimutkaisten laitteiden tarvetta.

Paras osa on, että sitä voidaan säätää havaitsemaan käytännössä mitä tahansa RNA-viruksia, kuten COVID-19, influenssa, Ebola ja Zika, sekä mitä tahansa mutaatiota, joka pystyisi kiertämään alkuperäiset testit.

Uuden testin suunnitteluun tarvittaisiin vain viruksen genomin tunteminen ja räätälöityjen crRNA-sekvenssien suunnittelu. Tämä voidaan tehdä vain muutamassa viikossa, kuten pandemia osoitti.

Joten nykyisen Cas12a2:n ymmärryksen tasolla testaus vaikuttaa suoraviivaiselta sovellukselta.

Kolmas mahdollinen sovellus voisi olla CRISPR-Cas12a2:n käyttö syöpähoidossa. Teoreettinen esimerkki voisi olla ohjelmoida Cas12a2 reagoimaan vain syöpäsoluihin spesifisiin geneettisiin sekvensseihin, pakottaen syöpäsolun “itsemurhaan”. Tämä sovellus saattaa kuitenkin olla myöhemmin toteutettavissa kuin muut, syöpäsolujen genetiikan monimutkaisuuden vuoksi.

Sijoitusveto

CRISPR-teknologia on edelleen varhaisessa vaiheessa, ja uusia mekanismeja on vielä löydettävänä. Cas12a2:ta tutkivan tutkijan kesti seitsemän vuotta saada riittävän hyvät tulokset sen ymmärtämiseksi. CRISPR-Cas12a2 on juuri julkaistu ja on vielä kaukana kaupallistamisesta. En olisi yllättynyt, jos muut CRISPR-Cas-järjestelmien variantit olisivat edelleen piilossa eri tutkimusryhmien alustavissa tuloksissa maailmanlaajuisesti.

Cas12a2 on tarkkaan tutkittava alue testiteknologian kontekstissa, ja se voi pitkällä aikavälillä muodostua uhkaksi antigeenitestaukselle ja PCR-testaukselle.

Se voisi myös yhdistyä muiden CRISPR-tekniikoiden kanssa tehden niistä tehokkaampia tai ratkaista teknisiä esteitä. Kaiken kaikkiaan Cas12a2 antaa hyvän syyn olla optimistisempi CRISPR-teknologian suhteen yleisesti ja sen potentiaalista muuttaa lääketiedettä. Myös testauksessa, mikä oli ennen tammikuuta 2023 täysin kuviteltavakin.

Editas Medicine (EDIT ) (EDIT) on yksi yrityksistä, jotka tällä hetkellä työskentelevät tämän teknologian parissa.