Modifica Genetica Abilitata dall’IA Resa Possibile con ‘OpenCRISPR-1’

La Rivoluzione CRISPR

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) è uno strumento recentemente scoperto per l’editing genetico. Consente un editing genico molto preciso e mirato, e i suoi scopritori hanno vinto il 2020 Nobel Prize.

Fonte: Lab Associates

Il primo sistema CRISPR scoperto era CRISPR-Cas9, e molti sistemi CRISPR modificati sono stati scoperti o creati da allora. Puoi leggere di più sui dettagli tecnici di CRISPR nel nostro articolo “What Is CRISPR-Cas12a2? & Why Does It Matter?”

CRISPR è in prima linea nella rivoluzione genomica, con le prime terapie geniche che lo utilizzano ora approvate per malattie del sangue, qualcosa che abbiamo approfondito in “How CRISPR Companies Target Sickle Cell Anemia”.

Dalla sua scoperta, trovare come sfruttare CRISPR per modificare un gene o una sequenza di DNA specifici è stato un compito laborioso, che richiede molta esperienza e lavoro manuale. Ma questo potrebbe cambiare, grazie allo sviluppo rapido degli strumenti di IA.

IA + CRISPR

I ricercatori dell’Università di Berkeley hanno investigato l’uso di LLM (Large Language Models) in combinazione con la tecnologia CRISPR e hanno pubblicato i loro risultati nel documento scientifico “Design of highly functional genome editors by modeling the universe of CRISPR-Cas sequences.”

Più precisamente, hanno raccolto un dataset di 1 milione di operoni CRISPR da database di genomi per un totale di 26 terabase (26 trilioni di basi genetiche).

Successivamente, hanno usato l’IA per creare milioni di proteine simili a CRISPR, diverse e non esistenti in natura, così come “sequenze di RNA guida singola per proteine effettrici simili a Cas9”.

Testando l’efficienza reale di queste nuove proteine simili a CRISPR e delle sequenze RNA, hanno scoperto che gli editori genetici generati mostrano un’attività e specificità comparabili o migliorate rispetto a SpCas9.

Perché è importante?

Il CRISPR-Cas9 è stato inizialmente scoperto nei batteri, che lo usano come difesa contro i virus.

Di conseguenza, introdurre CRISPR-Cas9 in una cellula umana può rendere l’editing genetico meno efficiente rispetto a una cellula batterica. Questo perché i sistemi CRISPR trovati naturalmente sono tutti batterici e non ottimizzati per funzionare in cellule più complesse.

Ciò significa anche che è probabile che altri sistemi simili a CRISPR possano essere progettati per ottenere risultati più efficienti, più precisi o più rapidi rispetto al CRISPR-Cas9 naturale.

Tuttavia, fino ad ora, la ricerca di tali nuovi sistemi simili a CRISPR è stata limitata alla scoperta di nuovi CRISPR batterici come Cas12 (preferito da Editas Medicine (EDIT )), e speriamo siano più potenti del primo scoperto.

Con un’IA in grado di generare milioni di nuove possibili sequenze, si apre la possibilità di trovare il sistema CRISPR “perfetto” per le terapie geniche negli esseri umani. E potrebbe anche consentire la progettazione di un sistema CRISPR ottimizzato per tessuti umani specifici, così come per specie animali o vegetali.

Potrebbe anche aprire la strada a nuovi tipi di editing genetico non consentiti dal CRISPR-Cas9 standard, come l’editing di base, prime o epigenomico.

Gene Editing Open-AI

Avendo dimostrato il potenziale di un editor genetico generato dall’IA, i ricercatori hanno deciso di renderlo pubblico.

Questa IA compatibile con il base editing è stata chiamata OpenCRISPR-1.

Open CRISPR-1 – Fonte: Profluent

Questo modello è stato collegato alla startup di Berkeley Profluent, la società di design proteico AI-first. Rendere OpenCRISPR-1 un software open-source è stata una decisione condivisa tra i ricercatori di Berkeley e Profluent, in un’operazione per democratizzare la tecnologia.

Puoi trovare i file e la documentazione su OpenCRISPR-1 su GitHub. È gratuito, anche per usi commerciali, ma richiede un accordo di licenza per monitorare se lo strumento è usato in modo sicuro ed etico.

Terapie Personalizzate Progettate dall’IA

Il potenziale di OpenCRISPR-1 è assolutamente enorme, e a lungo termine potrebbe aprire la strada a terapie geniche molto più efficienti.

Invece, potremmo immaginare che in combinazione con il costo attuale inferiore a $1.000 del sequenziamento genomico individuale, potrebbe consentire un editing genetico personalizzato. Così il sistema CRISPR usato per l’editing genetico in un paziente individuale potrebbe essere adattato al suogenoma specifico, invece di un modello generale usato per tutti.

Tuttavia, ci vorrà tempo per farlo, come dimostra il decennio impiegato per passare dalla scoperta di CRISPR alle prime terapie approvate. L’editing genetico non è mai un’impresa priva di rischi, e la FDA sarà certamente cauta e richiederà molti dati prima di autorizzare l’uso di sistemi di editing genetico non testati negli esseri umani.

Aziende CRISPR

Profluent non è (ancora?) una società quotata in borsa, ma molte altre aziende sono molto attive nello sviluppo della tecnologia CRISPR in prodotti commerciali.

1. CRISPR Therapeutics

Ciò che distingue CRISPR Therapeutics (CRSP ) è il team stellare di fondatori, che include la Dott.ssa Emmanuelle Charpentier la cui ricerca fondamentale ha rivelato i meccanismi chiave della tecnologia CRISPR-Cas9, ponendo le basi per l’uso di CRISPR-Cas9 come strumento di editing genetico versatile e preciso. Numerosi premi hanno riconosciuto il suo lavoro, incluso il Breakthrough Prize in Life Science.

CRISPR Therapeutics sta sviluppando una piattaforma di editing genico CRISPR/Cas9 efficiente e versatile per terapie volte a trattare emoglobinopatie, cancro, diabete e altre malattie.

La prima terapia che stavano sviluppando mirava alle malattie del sangue β-talassemia e anemia falciforme.

Sono ora approvati sotto il nome commerciale di Casgevy e per entrambe le applicazioni. Il primo programma CAR-T allogenico dell’azienda, mirato a neoplasie delle cellule B, è anch’esso in sperimentazione clinica.

Mentre l’anemia falciforme è una malattia con un mercato probabilmente piccolo, una volta che la tecnologia sarà matura potranno avanzare verso altri bersagli patologici.

I progressi nella tecnologia CRISPR come OpenCRISPR-1 possono costituire un grande vantaggio per le aziende con prodotti approvati come CRISPR Therapeutics e il suo partner Vertex. Con un nuovo sistema CRISPR migliorato, potrebbero in pochi anni aggiornare le terapie per β-talassemia e anemia falciforme. Rinnoverebbe anche la proprietà intellettuale e i brevetti associati, consentendo a Casgevy di rimanere un prodotto redditizio più a lungo.

2. Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

L’azienda produce organismi su richiesta per applicazioni specifiche. Ha diversificato ampiamente le sue applicazioni con numerosi programmi di ricerca e partnership:

• Cannabinoidi
• produzione di vaccini mRNA e medicina a base di acidi nucleici
• Proteine alimentari
• Produzione di fertilizzanti biologici in partnership with Bayer
• Microbi programmabili per malattie intestinali
• Bioremediation di microplastiche
• Biosecurity e rilevamento di patogeni
• Riciclo di rifiuti e contaminanti

Molte di queste modifiche si basano su CRISPR o tecnologie di editing genico simili, in particolare le sue terapie CAR-T contro il cancro.

Fornendo una piattaforma pronta per l’ingegneria cellulare, Ginkgo sta diventando un fornitore di servizi chiave nell’industria biotech, andando oltre il settore farmaceutico e verso l’agricoltura, la biosecurity e i processi chimici industriali. Offre competenza e rapidità e può aiutare a ridurre i costi fissi e la quantità di capex necessari per un progetto di ricerca.

Ciò è dimostrato dalla vasta gamma di clienti e partner che l’azienda ha avuto negli ultimi anni.

Fonte: Gingko Bioworks

È un’azione attraente per gli investitori che desiderano puntare sulle tecnologie di editing genetico e ingegneria cellulare, ma non su un’applicazione in particolare. Questo è anche tipicamente più interessante per gli investitori orientati alla crescita.

L’emergere di strumenti open-source e gratuiti come OpenCRISPR-1 potrebbe rappresentare una spinta enorme per aziende come Gingko, che sono più concentrate nello sviluppo di decine o centinaia di organismi e cellule personalizzate piuttosto che spingere per una versione specifica di CRISPR o una terapia in particolare. In questo modo, potrebbero accedere rapidamente a CRISPR specifici per una specie vegetale o più efficaci sui geni dei cannabinoidi, ecc.