Édition de gènes par intelligence artificielle rendue possible avec ‘OpenCRISPR-1’

La révolution CRISPR

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) est un outil d’édition génétique récemment découvert. Il permet une édition de gènes très précise et dirigée, et ses découvreurs ont remporté le prix Nobel 2020.

Source: Lab Associates

Le système CRISPR initial découvert était CRISPR-Cas9, et de nombreux systèmes CRISPR modifiés ont été découverts ou créés depuis. Vous pouvez en savoir plus sur les détails techniques de CRISPR dans notre article « Qu’est-ce que CRISPR-Cas12a2 ? & Pourquoi est-ce important ».

CRISPR est à la pointe de la révolution génomique, avec les premières thérapies géniques utilisant cette technologie maintenant approuvées pour les maladies du sang, ce que nous avons exploré en profondeur dans « Comment les entreprises CRISPR ciblent la drépanocytose ».

Depuis sa découverte, trouver comment exploiter CRISPR pour modifier un gène ou une séquence d’ADN spécifique a été une tâche fastidieuse, nécessitant beaucoup d’expertise et de travail manuel. Mais cela pourrait changer, grâce au développement rapide d’outils d’intelligence artificielle.

IA + CRISPR

Les chercheurs de l’Université de Berkeley ont investigué l’utilisation de modèles de langage grand (LLM) en combinaison avec la technologie CRISPR et ont publié leurs résultats dans l’article scientifique “Conception d’éditeurs de génome hautement fonctionnels en modélisant l’univers des séquences CRISPR-Cas”.

Plus précisément, ils ont rassemblé un ensemble de données de 1 million d’opérons CRISPR à partir de 26 téra bases de bases de données de génomes (26 billions de bases génétiques).

Ensuite, ils ont utilisé l’IA pour créer des millions de protéines CRISPR similaires qui n’existent pas naturellement, ainsi que des séquences d’ARN single-guide pour les protéines effectrices Cas9.

En testant l’efficacité réelle de ces nouvelles protéines CRISPR et séquences d’ARN, ils ont constaté que les éditeurs de gènes générés présentent une activité et une spécificité comparables ou améliorées par rapport à SpCas9.

Pourquoi est-ce important ?

CRISPR-Cas9 a été initialement trouvé dans les bactéries, qui l’utilisent comme défense contre les virus.

En conséquence, l’introduction de CRISPR-Cas9 dans une cellule humaine peut rendre l’édition de gènes moins efficace que dans une cellule bactérienne. Cela signifie que les systèmes CRISPR naturellement trouvés sont tous bactériens et non optimisés pour fonctionner dans des cellules plus complexes.

Cela signifie également qu’il est probable que d’autres systèmes CRISPR similaires puissent être conçus pour atteindre des résultats plus efficaces, plus précis ou plus rapides que le CRISPR-Cas9 naturellement trouvé.

Cependant, jusqu’à présent, la quête de tels nouveaux systèmes CRISPR similaires a été limitée à la découverte de nouveaux systèmes CRISPR bactériens comme Cas12 (favorisé par Editas Medicine), et nous espérons qu’ils sont plus puissants que le premier découvert.

Avec une IA capable de générer des millions de nouvelles séquences, cela ouvre la possibilité de trouver le “système CRISPR parfait” pour les thérapies géniques chez l’homme. Et pourrait également permettre de concevoir un système CRISPR optimisé pour des tissus humains spécifiques, ainsi que pour des espèces animales ou végétales.

Cela pourrait également ouvrir la voie à de nouveaux types d’édition de gènes non autorisés par le CRISPR-Cas9 standard, comme l’édition de base, l’édition de prime ou l’édition de l’épigénome.

Édition de gènes Open-AI

Ayant démontré le potentiel d’un éditeur de gènes généré par IA, les chercheurs ont décidé de le rendre public.

Cet outil d’IA compatible avec l’édition de base a été nommé OpenCRISPR-1.

Open CRISPR-1 – Source: Profluent

Ce modèle a été lié à la startup basée à Berkeley Profluent, l’entreprise de conception de protéines d’IA. La décision de rendre OpenCRISPR-1 un logiciel open-source a été partagée entre les chercheurs de Berkeley et Profluent, dans un effort pour démocratiser la technologie.

Vous pouvez trouver les fichiers et la documentation sur OpenCRISPR-1 sur GitHub. Il est gratuit à utiliser, y compris pour des utilisations commerciales, mais nécessite un accord de licence pour garantir que l’outil est utilisé de manière sûre et éthique.

Thérapies personnalisées conçues par IA

Le potentiel d’OpenCRISPR-1 est absolument massif, et à long terme, pourrait ouvrir la voie à des thérapies géniques beaucoup plus efficaces.

Au lieu de cela, nous pourrions imaginer qu’en combinaison avec le coût actuel de moins de 1 000 $ pour la séquençage du génome individuel, cela pourrait permettre une édition de gènes personnalisée. Ainsi, le système CRISPR utilisé pour effectuer l’édition de gènes chez un patient individuel pourrait être adapté à son génome spécifique, au lieu d’un modèle général utilisé pour tout le monde.

Cependant, cela prendra du temps, comme le montre la décennie qu’il a fallu pour passer de la découverte de CRISPR à l’approbation des premières thérapies. L’édition de gènes n’est jamais une entreprise sans risque, et la FDA sera certainement prudente et exigera beaucoup de données avant d’autoriser l’utilisation de systèmes d’édition de gènes non testés chez l’homme.

Entreprises CRISPR

Profluent n’est pas (encore ?) une entreprise cotée en bourse, mais de nombreuses autres entreprises sont très actives dans le développement de la technologie CRISPR en produits commerciaux.

1. CRISPR Therapeutics

Ce qui distingue CRISPR Therapeutics est l’équipe de fondateurs de renom, qui comprend le Dr Emmanuelle Charpentier, dont la recherche pionnière a révélé les mécanismes clés de la technologie CRISPR-Cas9, jetant les bases de l’utilisation de CRISPR-Cas9 comme outil d’édition de gènes polyvalent et précis. De nombreux prix ont reconnu son travail, notamment le prix Breakthrough en sciences de la vie.

CRISPR Therapeutics développe une plate-forme d’édition de gènes CRISPR/Cas9 efficace et polyvalente pour des thérapies visant à traiter les hémoglobinopathies, le cancer, le diabète et d’autres maladies.

La première thérapie qu’ils ont avancée était ciblée sur les maladies du sang β-thalassémie et drépanocytose.

Ils ont maintenant été approuvés sous le nom commercial de Casgevy et pour les deux applications. Le premier programme allogénique CAR-T de l’entreprise ciblant les malignités à cellules B est également en essais cliniques.

Alors que la drépanocytose est une maladie avec un marché relativement petit, une fois que la technologie est mature, ils peuvent avancer pour cibler d’autres vecteurs de maladies.

Les progrès de la technologie CRISPR comme OpenCRISPR-1 peuvent être un grand avantage pour les entreprises ayant des produits approuvés comme CRISPR Therapeutics et son partenaire Vertex. Avec un nouveau système CRISPR amélioré, ils pourraient dans quelques années améliorer les thérapies contre la β-thalassémie et la drépanocytose. Cela renouvelerait également les brevets et les droits de propriété intellectuelle associés, permettant à Casgevy de rester un produit rentable plus longtemps.

2. Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

L’entreprise produit des organismes sur mesure pour des applications spécifiques. Elle a diversifié ses applications de manière large avec de nombreux programmes de recherche et partenariats :

• Cannabinoides
• Production de vaccins à ARN et médecine nucléique
• Protéines alimentaires
• Production de fertilisants biologiques en partenariat avec Bayer
• Microbes programmables pour les maladies du tractus gastro-intestinal
• Bioremédiation des microplastiques
• Biosécurité et détection de pathogènes
• Recyclage de déchets et de contaminants

De nombreuses modifications reposent sur CRISPR ou des technologies d’édition de gènes similaires, notamment ses thérapies à cellules T CAR.

En fournissant une plate-forme prête pour l’ingénierie cellulaire, Ginkgo devient un fournisseur de services clé dans l’industrie biotechnologique, allant au-delà de l’industrie pharmaceutique et dans l’agriculture, la biosécurité et les processus chimiques industriels. Elle fournit une expertise et une rapidité et peut aider à réduire les coûts fixes et la quantité de capitaux nécessaires pour un projet de recherche.

Cela est démontré par la grande diversité d’clients et de partenaires que l’entreprise a eus au cours des dernières années.

Source: Gingko Bioworks

Il s’agit d’une action attractive pour les investisseurs qui souhaitent parier sur les technologies d’édition de gènes et d’ingénierie cellulaire, mais pas sur une application en particulier. C’est également typiquement plus intéressant pour les investisseurs axés sur la croissance.

L’apparition d’outils open-source et gratuits comme OpenCRISPR-1 pourrait être un énorme coup de pouce pour les entreprises comme Ginkgo, qui se concentrent davantage sur le développement de dizaines ou de centaines d’organismes et de cellules sur mesure que sur la promotion d’une version spécifique de CRISPR ou d’une thérapie en particulier. Cela leur permettrait ainsi d’accéder rapidement à des CRISPR spécifiques à une espèce végétale ou plus efficaces sur les gènes des cannabinoides, etc.