Laboratorio Virtuale Ispirato a CRISPRi “CREME”, Pronto a Ridurre la Soglia per Grandi Scoperte

La Rivoluzione CRISPR

CRISPR (Ripetizioni Palindromiche Brevi Interspaziate Regolarmente Raggruppate) è uno strumento recentemente scoperto per l’editing genetico. Consente un editing genico molto preciso e diretto, e i suoi scopritori hanno vinto il 2020 Nobel Prize, una storia che abbiamo esplorato in “Investire nei risultati del Premio Nobel – CRISPR per l’ingegneria genetica precisa”.

Fonte: Lab Associates

Il primo sistema CRISPR scoperto era CRISPR-Cas9, e da allora sono stati scoperti o creati molti sistemi CRISPR modificati. Puoi leggere di più sui dettagli tecnici di CRISPR nel nostro articolo “Che Cos’è CRISPR-Cas12a2? & Perché È Importante”.

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 “Terapie Geniche per la Anemia Falciforme Approvate dalla FDA Evidenziando il Potenziale delle Tecnologie CRISPR/Cas9”.

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

CRISPR & IA

Il primo passo per unire IA e tecnologia CRISPR è stato compiuto pochi mesi fa, con “OpenCRISPR-1”, un’IA open-source creata per progettare un sistema CRISPR personalizzato per situazioni specifiche (segui il link per il nostro articolo associato).

Ora, un nuovo passo sta avvenendo con CREME (Cis-Regulatory Element Model Explanations). CREME è in grado di esplorare in silico migliaia, o centinaia di migliaia, di possibili mutazioni e valutarne il potenziale terapeutico.

Questa ricerca è stata condotta al Simons Center for Quantitative Biology, Cold Spring Harbor Laboratory, New York da Shushan Toneyan e Peter K. Koo, ed è stata pubblicata su Nature Genetics con il titolo “Interpretare le interazioni cis-regolatorie da reti neurali profonde su larga scala”.

Peter Koo – Fonte: CSHL

Scalare CRISPRi

Ciò che il sistema AI CREME fa è una versione virtuale di CRISPi, o interferenza CRISPR.

CRISPRi è un metodo per ridurre specifici geni su richiesta usando la tecnologia CRISPR, per creare qualcosa di simile ai metodi RNAi (interferenza RNA).

In teoria, CRISPRi può fornire informazioni molto preziose sulle funzioni geniche e la loro connessione alla segnalazione cellulare, alle vie metaboliche, alle risposte ormonali e del sistema immunitario, ecc.

In pratica, CRISPRi è costoso e richiede molto tempo, limitando le sue applicazioni nella vita reale. Quindi è qui che nasce l’idea di simulare prima CRISPRi tramite IA, prima di decidere quali valga la pena esplorare.

CREME consente agli scienziati di apportare cambiamenti simili in un genoma virtuale e prevede i loro effetti sull’attività genica. In altre parole, è quasi come una versione IA di CRISPRi.

“In realtà, CRISPRi è incredibilmente difficile da eseguire in laboratorio. E sei limitato dal numero di perturbazioni e dalla scala.

Ma poiché facciamo tutte le nostre perturbazioni [virtualmente], possiamo spingere i limiti. E la scala degli esperimenti che abbiamo eseguito è senza precedenti — centinaia di migliaia di esperimenti di perturbazione.

Peter Koo – Professore Assistente al Cold Spring Harbor Laboratory.

Comprendere il Genoma su Larga Scala

Ci sono almeno milioni di mutazioni che possono interessare la ricerca in genetica e genomica. Quindi è molto simile a cercare un ago in un pagliaio.

E nonostante i progressi nel sequenziamento del genoma, nella multiomica e nell’automazione di laboratorio, testare le idee potenziali una per una è ancora troppo dispendioso in termini di tempo.

CREME, invece, trasforma questo processo in migliaia di esperimenti virtuali con un clic. Questo può essere usato per iniziare a identificare e comprendere le regioni chiave del genoma.

Sinergia delle IA

Una tendenza crescente nell’uso dell’IA per la ricerca fondamentale è sfruttare diverse IA ultra-specializzate in un unico progetto di ricerca.

Ciò perché ogni IA è solitamente progettata per svolgere un solo compito specifico. L’output di un’IA può diventare l’input di un’altra IA, per ulteriori approfondimenti a velocità ultra-alta.

In questa ricerca, hanno combinato CREME con un altro strumento IA, Enformer, un’IA di Google capace di prevedere come la sequenza di DNA influisce sull’espressione genica.

La combinazione delle 2 IA ha permesso al team di Peter Koo di scoprire una serie di regole genetiche che Enformer ha appreso analizzando il genoma.

Questa è una scoperta importante, poiché nella pratica molte IA sono in qualche modo una “scatola nera” senza indicazioni chiare su come la rete neurale di deep learning arrivi alle conclusioni.

Questo potrebbe anche aiutare a rendere le tecniche RNAi e CRISPRi più precise:

“Comprendere le regole della regolazione genica ti offre più opzioni per regolare i livelli di espressione genica in modo preciso e prevedibile,”

Peter Koo – Professore Assistente al Cold Spring Harbor Laboratory.

Nel complesso, questi nuovi strumenti IA probabilmente forniranno nuovi obiettivi terapeutici e contribuiranno a una migliore comprensione generale di come funziona il genoma.

Non Serve Un Laboratorio?

Un altro effetto di questi strumenti digitali è che possono aprire la strada a ricercatori, che non hanno accesso a strutture per laboratori genetici avanzati, a contribuire a nuove scoperte.

Non tutte le menti più brillanti in biologia e medicina hanno necessariamente accesso a budget di milioni di dollari e laboratori all’avanguardia. Sappiamo anche dalla storia della scienza che a volte le idee più trasformative provengono da ricerche al di fuori del mainstream.

Quindi non solo strumenti IA come CREME possono aiutare i ricercatori che attualmente lavorano con CRISPR e altri strumenti di trasformazione genomica, ma potrebbero anche dare potere ad altri scienziati con idee nuove, specialmente in istituzioni di ricerca non occidentali che potrebbero essere meno finanziate.

Ad esempio, potremmo vedere CRISPR e CRISPRi più ampiamente utilizzati per l’agricoltura o la biologia sintetica.

Investire in CRISPR

Con l’approvazione della prima terapia genica che utilizza CRISPR, l’attenzione degli investimenti in CRISPR si è concentrata su malattie rare e terapia genica.

Ma la tecnologia è molto più versatile, con potenziale nella terapia del cancro, nelle malattie metaboliche, nell’invecchiamento, nell’agricoltura, nella biologia sintetica, ecc.

Puoi investire in società CRISPR tramite molti broker, e qui, su securities.io, trovi le nostre raccomandazioni per i migliori broker negli Stati Uniti, Canada, Australia, Regno Unito, e in molti altri paesi.

Se non sei interessato solo alle società CRISPR, puoi anche considerare gli ETF biotech come WisdomTree BioRevolution UCITS ETF (WBIO) (WT ), VanEck Biotech ETF (BBH), o First Trust NYSE Arca Biotechnology Index Fund (FBT) che forniranno un’esposizione più diversificata per capitalizzare sulla crescente economia biotech.

Oppure consulta il nostro articolo su “Le 5 Migliori Società CRISPR in cui Investire”.

Società CRISPR

1. CRISPR Therapeutics

Ciò che distingue CRISPR Therapeutics (CRSP ) è il team stellare di fondatori, tra cui 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 avanzando era mirata alle malattie del sangue β-talassemia e anemia falciforme.

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

Fonte: CRISPR Therapeutics

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

I progressi nella tecnologia CRISPR come CREME possono rappresentare un grande vantaggio per 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 acido nucleico
• Proteine alimentari
• Produzione di fertilizzanti biologici in partnership with Bayer
• Microbi programmabili per malattie intestinali
• Biorisanamento di microplastiche
• Sicurezza biologica e rilevamento di patogeni
• Riciclaggio 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 per il cancro.

Fornendo una piattaforma pronta per l’ingegneria cellulare, Ginkgo sta diventando un fornitore di servizi chiave nell’industria biotech, andando oltre l’industria farmaceutica e entrando in agricoltura, biosecurity e 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 scommettere sulle tecnologie di editing genico e ingegneria cellulare, ma non su un’applicazione specifica. Questo è tipicamente più interessante per gli investitori orientati alla crescita.

L’apparizione di strumenti open-source e gratuiti come CREME, Enformer e OpenCRISPR-1 potrebbe rappresentare una spinta enorme per aziende come Gingko, che sono più focalizzate sullo 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, potrebbe sfruttare rapidamente tecniche CRISPR specifiche per una specie vegetale o più efficaci su alcuni geni dei cannabinoidi, enzimi che degradano la plastica, ecc.