CRISPRi‑inspiroitu virtuaalilaboratorio “CREME”, jonka tavoitteena on alentaa merkittävien läpimurtojen kynnystä

CRISPR-revoluutio

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) on äskettäin löydetty työkalu geenieditointiin. Se mahdollistaa erittäin tarkan ja kohdennetun geenieditoinnin, ja sen löytäjät ovat voittaneet vuoden 2020 Nobel‑palkinnon, tarinan jonka tutkielimme artikkelissa “Sijoittaminen Nobel‑palkinnon saavutuksiin – CRISPR tarkkaa geenieditointia varten”.

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 ensimmäiset sen avulla toteutetut geeniterapiat on nyt hyväksytty verisairauksiin, mistä kirjoitimme perusteellisesti artikkelissa “Sickle Cell Disease -geeniterapiat FDA:n hyväksymiä, korostaen CRISPR/Cas9‑teknologioiden potentiaalia”.

Sen löytämisen jälkeen on ollut työlästä löytää keino hyödyntää CRISPR:ia tietyn geenin tai DNA‑sekvenssin muokkaamiseen, mikä vaatii paljon asiantuntemusta ja manuaalista työtä. Tämä saattaa kuitenkin muuttua AI‑työkalujen nopean kehityksen ansiosta.

CRISPR & AI

Ensimmäinen askel AI:n ja CRISPR‑teknologian yhdistämisessä otettiin muutama kuukausi sitten, kun “OpenCRISPR-1”, avoimen lähdekoodin AI, joka on suunniteltu räätälöimään CRISPR‑järjestelmä erityistilanteisiin (seuraa linkkiä liitännäisartikkeliimme).

Nyt uusi askel tapahtuu CREME:n (Cis‑Regulatory Element Model Explanations) kanssa. CREME pystyy selaamaan in‑silico tuhansia tai satojatuhansia mahdollisia mutaatioita ja arvioimaan niiden terapeuttisen potentiaalin.

Tämä tutkimus tehtiin Simons Center for Quantitative Biologyssa, Cold Spring Harbor Laboratory, New Yorkissa, tekijöinä Shushan Toneyan ja Peter K. Koo, ja julkaistiin Nature Genetics -lehdessä otsikolla “Cis‑regulatiivisten vuorovaikutusten tulkinta laajamittaisista syväneuroverkoista”.

Peter Koo – Lähde: CSHL

CRISPRi:n skaalaus

CREME AI -järjestelmä tekee virtuaalisen version CRISPi:stä, eli CRISPR‑interferenssistä.

CRISPRi on menetelmä, jolla voidaan alasäädellä tiettyjä geenejä tarpeen mukaan CRISPR‑teknologiaa käyttäen, luomalla jotain RNAi‑menetelmiä (RNA‑interferenssi) vastaavaa.

Teoriassa CRISPRi voi tarjota erittäin arvokasta tietoa geenien toiminnasta ja niiden yhteyksistä solunsignaalointiin, aineenvaihduntareitteihin, hormonien ja immuunijärjestelmän vasteisiin jne.

Käytännössä CRISPRi on kallista ja aikaa vievää, mikä rajoittaa sen todellisia sovelluksia. Tästä syystä syntyi ajatus simuloida CRISPRi:ä ensin AI:n avulla, ennen kuin päätetään, mitkä ovat tutkimisen arvoisia.

CREME antaa tutkijoille mahdollisuuden tehdä vastaavia muutoksia virtuaaliseen genomiin ja ennustaa niiden vaikutukset geenitoimintaan. Toisin sanoen se on lähes AI‑versio CRISPRi:stä.

“Todellisuudessa CRISPRi:n toteuttaminen laboratoriossa on uskomattoman haastavaa. Ja olet rajoittunut perturbaatioiden määrän ja mittakaavan mukaan.

Mutta koska teemme kaikki perturbaatioimme [virtuaalisesti], voimme työntää rajoja. Ja suorittamiemme kokeiden mittakaava on ennennäkemätön — satoja tuhansia perturbaatioita.”

Peter Koo – Assistant Professor at Cold Spring Harbor Laboratory.

Genomin ymmärtäminen suuressa mittakaavassa

On olemassa vähintään miljoonia mutaatioita, jotka voivat kiinnostaa genetiikan ja genomian tutkimusta. Tämä on siis kuin neulan etsimistä heinäsuovasta.

Ja huolimatta edistysaskeleista genomisekvensoinnissa, multiomiksissa ja laboratoriot automaatiossa, potentiaalisten ideoiden testaaminen yksi kerrallaan on edelleen liian aikaa vievää.

CREME muuttaa tämän prosessin sen sijaan tuhansiksi virtuaalisiksi kokeiksi napin painalluksella. Tätä voidaan käyttää aloittamaan avainalueiden tunnistamista ja ymmärtämistä genomiassa.

AI:n synergia

Kasvava trendi AI:n hyödyntämisessä perusta tutkimuksessa on käyttää useita erittäin erikoistuneita AI:ita yhdessä tutkimusprojektissa.

Tämä johtuu siitä, että kukin AI on yleensä suunniteltu suorittamaan vain yksi tietty tehtävä. Yhden AI:n tulos voi toimia toisen AI:n syötteenä, tarjoten lisäymmärrystä erittäin korkealla nopeudella.

Tässä tutkimuksessa he yhdistivät CREME:n toiseen AI‑työkaluun, Enformer, Google AI:hin, joka pystyy ennustamaan, miten DNA‑sekvenssi vaikuttaa geenin ilmentymiseen.

Kahden AI:n yhdistelmä mahdollisti Peter Koo:n tiimille paljastaa sarjan geneettisiä sääntöjä, jotka Enformer oppi analysoidessaan genomia.

Tämä on tärkeä löytö, sillä käytännössä monet AI:t ovat eräänlaisia “mustia laatikoita”, joista ei ole selkeää merkintää siitä, miten syväoppimisen neuroverkko päätyy johtopäätöksiinsä.

Tämä voi myös auttaa tekemään RNAi‑ ja CRISPRi‑tekniikoista tarkempia:

“Genejen säätelyn sääntöjen ymmärtäminen antaa sinulle enemmän vaihtoehtoja säätää geenien ilmentymistasoja tarkasti ja ennustettavasti,”

Peter Koo – Assistant Professor at Cold Spring Harbor Laboratory.

Kaiken kaikkiaan nämä uudet AI‑työkalut todennäköisesti tarjoavat uusia terapeuttisia kohteita ja edistävät yleisesti parempaa ymmärrystä siitä, miten genomi toimii.

Ei tarvetta laboratoriolle?

Toinen näiden digitaalisten työkalujen vaikutus on, että ne voivat avata mahdollisuuden tutkijoille, joilla ei ole pääsyä edistyneisiin geenilaboratorioihin, osallistua uusiin löydöksiin.

Kaikilla parhailla biologian ja lääketieteen mielillä ei välttämättä ole miljoonien dollarien budjetteja tai huippuluokan laboratorioita. Tiedämme myös tieteen historiasta, että joskus merkittävimmät ideat tulevat pois valtavirrasta.

Siksi AI‑työkalut kuten CREME eivät ainoastaan auta tällä hetkellä CRISPR:ia ja muita genomimuunnostyökaluja käyttävät tutkijat, vaan ne voivat myös vahvistaa muita tiedemiehiä uusilla ideoilla, erityisesti ei‑länsimaisissa tutkimuslaitoksissa, joilla on vähemmän rahoitusta.

Esimerkiksi voimme nähdä CRISPR:n ja CRISPRi:n laajemmin käytettävän maataloudessa tai synteettisen biologian.

Sijoittaminen CRISPR:iin

Kun ensimmäinen CRISPR:ia käyttävä geeniterapia on saanut hyväksynnän, CRISPR‑sijoitusten fokus on ollut harvinaissairauksiin ja geeniterapioihin.

Mutta teknologia on paljon monipuolisempi, ja sillä on potentiaalia syöpätutkimuksessa, aineenvaihduntasairauksissa, ikääntymisessä, maataloudessa, synteettisessä biologiassa jne.

Voit sijoittaa CRISPR‑yrityksiin monien välittäjien kautta, ja löydät täältä, sivustolta securities.io, suosituksemme parhaista välittäjistä Yhdysvalloissa, Kanadassa, Australian, Yhdistyneessä kuningaskunnassa, sekä monissa muissa maissa.

Jos et ole kiinnostunut pelkästään CRISPR‑yrityksistä, voit myös tarkastella bioteknologian ETF:iä kuten WisdomTree BioRevolution UCITS ETF (WBIO) (WT ), VanEck Biotech ETF (BBH), tai First Trust NYSE Arca Biotechnology Index Fund (FBT), jotka tarjoavat monipuolisemman altistuksen kasvavan bioteknologian talouden hyödyntämiseksi.

Tai tutustu artikkeliimme “Top 5 CRISPR‑yritystä sijoitettavaksi”.

CRISPR-yritykset

1. CRISPR Therapeutics

Mikä erottaa CRISPR Therapeutics (CRSP ) -yrityksen muista, on tähtitiimi perustajista, mukaan lukien Dr. Emmanuelle Charpentier, jonka merkittävä tutkimus paljasti CRISPR‑Cas9‑teknologian keskeiset mekanismit, luoden perustan CRISPR‑Cas9:n monipuoliselle ja tarkalle geenieditointityökalulle. Lukuisat palkinnot ovat tunnustaneet hänen työnsä, mukaan lukien Breakthrough Prize in Life Science.

CRISPR Therapeutics kehittää tehokasta ja monipuolista CRISPR/Cas9‑geenieditointialustaa terapioihin, jotka hoitavat hemoglobiinipathioita, syöpää, diabetesta ja muita sairauksia.

Ensimmäinen edistettävä terapia oli verisairauksien β‑thalassemian ja sirppisoluanemian kohdistaminen.

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

Lähde: CRISPR Therapeutics

Vaikka sirppisoluanemia on sairaus, jonka markkinat ovat kiistatta pienet, teknologian kypsytyttyä he voivat edetä kohdistamaan muita sairausvektoreita.

CRISPR‑teknologian edistysaskeleet, kuten CREME, 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‑thalassemian ja sirppisoluanemian terapiat. Tämä myös uudistaisi siihen liittyvät IP‑ ja patentit, jolloin Casgevy voisi olla kannattava tuote pidempään.

2. Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

Yritys tuottaa tilauksesta organismeja erityistarkoituksiin. Se on monipuolinut sovelluksia laajasti monien tutkimusohjelmien ja kumppanuuksien avulla:

• Kannabinoidit
• mRNA‑rokotteiden tuotanto ja nukleiinihappolääkkeet
• Elintarvikeproteiinit
• Biologisen lannoitteen tuotanto yhteistyössä Bayerin kanssa
• Ohjelmoitavat mikrobit suolistosairauksia varten
• Mikromuovien bioremediointi
• Bioturvallisuus ja patogeenien havaitseminen
• Jätteiden ja kontaminaatioiden kierrätys

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

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

Tämä näkyy yrityksen erittäin monipuolisessa asiakas- ja kumppanijoukossa viimeisten vuosien aikana.

Lähde: Gingko Bioworks

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

Avoimen lähdekoodin, ilmaiset työkalut kuten CREME, Enformer ja OpenCRISPR‑1 voivat olla valtava vauhdittaja yrityksille kuten Gingko, jotka keskittyvät enemmän kymmenien tai satojen räätälöityjen organismien ja solujen kehittämiseen kuin tietyn CRISPR‑version tai yhden terapian edistämiseen.

Tällä tavoin se voisi nopeasti hyödyntää CRISPR‑tekniikoita, jotka ovat spesifisiä tietylle kasvilajille tai tehokkaampia joillakin kannabinoidigeeneillä, muovia syöviä entsyymejä jne.