Bioteknologi
Kapabilitas CRISPR Meluas dengan Aktivitas Antiviral Baru
Memperluas Potensi CRISPR – Apa Itu CRISPR dan Mengapa Penting
Since its discovery, CRISPR (“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”), which won the Penghargaan Nobel Kimia 2020, has revolutionized medicine and biotechnology.
Sumber: Nobel Prize
Ini karena CRISPR adalah metode pertama untuk penyuntingan gen yang memungkinkan penargetan sangat tepat pada urutan genetik tertentu, memungkinkan perbaikan kesalahan gen baik in vitro atau in vivo tanpa risiko mutasi yang tidak diinginkan.
Hal ini penting karena penyisipan gen yang tidak terarah telah dikaitkan dengan masalah besar, terutama risiko kanker, sehingga penggunaan terapeutiknya menjadi sulit dan kontroversial.
CRISPR dapat digunakan dalam berbagai cara untuk menghentikan gen yang sudah ada, menghapus urutan tertentu, atau menyunting/menyisipkan urutan gen yang tepat.
Sumber: CRISPR Therapeutics
This turned into a medical breakthrough with the persetujuan FDA untuk terapi berbasis CRISPR pertama pada 2023, developed by CRISPR Therapeutics (CRSP ) for genetic blood diseases (ikuti tautan untuk laporan khusus tentang CRISPR Therapeutics).
Namun, penyuntingan gen yang tepat yang dikendalikan manusia bukanlah tujuan penggunaan CRISPR di alam. Ini, pertama dan terutama, adalah alat antiviral yang digunakan bakteri untuk bertahan dari serangan virus.
Dan kini tampaknya CRISPR bahkan lebih serbaguna daripada yang dipahami sebelumnya, karena dapat memodifikasi metabolisme sel, menghentikan replikasi virus. Penemuan ini dilakukan oleh lima peneliti di Universitas Rockefeller dan Memorial Sloan Kettering Cancer Center.
They published their results in the prestigious scientific magazine Science1, under the title “Cat1 forms filament networks to degrade NAD+ during the type III CRISPR-Cas antiviral response”.
Asal Usul Alami CRISPR pada Bakteri
Sebagian besar bakteri berada di bawah ancaman konstan dari virus yang khusus menyerang mereka, disebut bakteriofag (secara harfiah bernama “pemakan bakteri”).
For that matter, this is why bakteriofag ini saat ini sedang diteliti untuk potensi mereka dalam membentuk “antibiotik hidup” that would bypass most of the growing antibiotic resistances.
Setiap urutan genetik CRISPR yang ditemukan dalam CRISPR bakteri individu berasal dari fragmen DNA bakteriofag yang sebelumnya menginfeksi prokariota atau salah satu nenek moyangnya.
Urutan-urutan ini digunakan untuk mendeteksi dan menghancurkan DNA dari bakteriofag serupa selama infeksi berikutnya, membentuk semacam “imunitas yang diperoleh” terhadap fag. CRISPR ditemukan pada sekitar 50% genom bakteri yang telah diurutkan.
Mengingat betapa luasnya sistem CRISPR, dan betapa pentingnya mereka melawan infeksi virus atau bakteri, mungkin tidak mengherankan bahwa mereka memiliki sifat antiviral tambahan lainnya.
CRISPR Dapat Menghalangi Virus dengan Menghentikan Fungsi Sel
CRISPR Sebagai Sistem Imun Kolektif Bakteri
Other activities than “genetic scissor” for CRISPR systems are increasingly well understood, notably thanks to the effort of the Rockefeller’s Laboratorium Bakteriologi headed by Pr. Luciano Marraffini.
Sumber: Amacad
Mereka terutama memfokuskan pada kelas molekul dalam sistem CRISPR-Cas10 yang disebut efekor CARF, yang merupakan protein yang diaktifkan saat bakteriofag menginfeksi bakteri.
CARF effectors have different multiple approaches to reach the same goal: stop cellular activity. As DNA replication and protein production stop in the infected cells, so does the virus production.
“Pekerjaan kolektif laboratorium kami mengungkap betapa efektif—dan berbeda—efektor CARF ini. Rentang aktivitas molekuler mereka cukup menakjubkan.”
Pr. Luciano Marraffini – Laboratorium Bakteriologi Rockefeller
Efek ini secara tidak langsung melindungi semua bakteri lain di sekitarnya dan pada akhirnya cukup mirip dalam prinsipnya dengan limfosit NK (Natural Killer) sistem imun mamalia yang membunuh sel terinfeksi (dan sel kanker) untuk menghentikan penyebaran virus.
Protein Cat1: Kunci Trik Baru CRISPR
Like for many recent biotech discoveries, advanced AI tools came to help the researchers in finding a needle in a hay stack. In this case, it was a tool called Foldseek, a search program based on Google’s (GOOGL ) AlphaFold tool to predict 3D configuration of proteins.
Alih-alih membandingkan urutan protein, Foldseek membandingkan struktur 3D mereka, meningkatkan peluang menemukan protein yang secara fungsional serupa, meskipun menggunakan urutan asam amino yang berbeda. Foldseek mengurangi waktu komputasi hingga empat hingga lima orde magnitudo compared to previous methods.
Sumber: ResearchGate
Dengan Foldseek, para peneliti menemukan protein yang kemungkinan merupakan efekor CARF yang mereka beri nama Cat1, yang terbukti memiliki sistem aktivasi yang sangat tepat.
Protein ini diperingatkan akan keberadaan virus oleh molekul perantara sekunder yang disebut siklik tetra-adenilat, atau cA4. Kemudian protein ini membuat Cat1 memecah metabolit penting dalam sel yang disebut NAD+.
“Setelah sejumlah NAD+ yang cukup terpotong, sel memasuki keadaan penghentian pertumbuhan.
Dengan fungsi sel terhenti, fag tidak lagi dapat berkembang biak dan menyebar ke populasi bakteri lainnya.”
Christian Baca – mahasiswa pascasarjana TPCB.
Apa yang Diungkap Struktur Cat1
Seperti biasa, semakin banyak penemuan ilmiah yang dibuat, semakin banyak pertanyaan baru yang muncul.
Saat mempelajari struktur sebenarnya dari Cat1, para peneliti menemukan bahwa ia memiliki bentuk yang aneh.
Duplikat Cat1 direkatkan oleh molekul sinyal cA4, membentuk filamen panjang saat infeksi virus, dan menjebak metabolit NAD+ dalam kantong molekuler yang lengket. Bahkan terbentuk struktur yang lebih kompleks pada tingkat seluler.
“Filamen berinteraksi satu sama lain untuk membentuk bundel spiral segitiga, dan bundel ini kemudian dapat berkembang menjadi bundel spiral pentagonal,”
Puja Majumder – peneliti postdoctoral di Laboratorium Patel
Apakah Trik Antiviral Ini Dapat Bekerja pada Manusia?
Rentang kapasitas antiviral CRISPR yang sangat kompleks dan luas pada bakteri menimbulkan pertanyaan: Apakah ini dapat bekerja pada manusia juga?
Tentu saja ini adalah ide yang sudah dibahas, terutama karena virus masih jauh lebih sulit untuk diatasi dibandingkan bakteri, yang antibiotiknya (masih kebanyakan) efektif.
One such possibility akan menjadi penyuntingan genom untuk mengobati infeksi virus kronis seperti HIV, SARS-CoV-2, dan virus hepatitis. Viruses like cacar dan monkeypox mungkin juga dapat diobati dengan cara ini.
Pemahaman tingkat tinggi tentang sistem CRISPR ini juga dapat membantu menambahkan fungsionalitas atau mengurangi efek samping terapi gen berbasis CRISPR yang ada, menjadikannya alat terapeutik yang lebih baik.
Berinvestasi dalam Teknologi CRISPR
CRISPR Therapeutics
(CRSP )
What sets CRISPR Therapeutics apart is the all-star team of founders, which includes Dr. Emmanuelle Charpentier, whose seminal research unveiled the key mechanisms of the CRISPR-Cas9 technology.
It laid the foundation for the use of CRISPR-Cas9 as a versatile and precise gene-editing tool. Numerous awards have recognized her work, including Penghargaan Nobel Kedokteran 2020 and the Breakthrough Prize in Life Science.
CRISPR Therapeutics is developing an efficient and versatile CRISPR/Cas9 gene-editing platform for therapies to treat hemoglobinopathies, cancer, diabetes, and other diseases.
The first therapy that they were advancing was menargetkan penyakit darah β-thalassemia dan penyakit sel sabit.
They have now been approved under the commercial name of Casgevy for both applications. The company’s first allogeneic CAR-T program targeting B-cell malignancies is also in clinical trials.
While sickle cell is a disease with an arguably small market, once the technology is mature they can advance to targeting other disease vectors.
As the first company with an approved CRISPR therapy, CRISPR Therapeutics is in a good position to be the first to generate positive cash flow from the technology and expand its applications further.
And this stellar track record will likely make the company a partner of choice for any other pharmaceutical company looking to catch up in CRISPR therapies.
Berita Saham dan Perkembangan CRISPR Therapeutics (CRSP) Terbaru
Studi Dirujuk:
1. Christian F. Baca et al. Cat1 membentuk jaringan filamen untuk menguraikan NAD+ selama respons antiviral CRISPR-Cas tipe III. Science 10 Apr 2025. DOI: 10.1126/science.adv9045
