Hva er CRISPR-Cas12a2, og hvorfor er det viktig? Funnene fra 2023

En kort historie om CRISPR

CRISPR står for Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Dette er repeterte DNA-sekvenser hos prokaryoter, som bakterier og arkéer. Sammen med Cas-proteiner inngår de i naturlige forsvarssystemer mot fremmed genetisk materiale. Forskere har utnyttet slike mekanismer til å utvikle verktøy for genredigering.

I CRISPR-Cas9-systemet leder et guide-RNA Cas9-proteinet til en valgt DNA-sekvens. Teknologien brukes til målrettetgenredigering i levende celler og organismer . Ved å endre guidesekvensen kan forskere velge et annet mål.

Metoden gjør det enklere å målrette bestemte DNA-områder, men utelukker ikke utilsiktede endringer. Emmanuelle Charpentier og Jennifer A. Doudna fikk Nobelprisen i kjemi i 2020 for utviklingen av en metode for genomredigering. Målrettede redigeringsverktøy fantes også tidligere.

Det finnes flere Cas-familier. Cas13 retter seg mot RNA og kan brukes til RNA-påvisning eller inngå i konstruerte systemer for RNA-redigering. Cas12a og Cas12a2 har beslektede navn, men ulike egenskaper. Artikkelen omtaler funnene som ble publisert i januar 2023.

Cas12a sammenlignet med Cas9

Forenklet skiller Cas12a seg fra vanlig brukt Cas9 blant annet i gjenkjenningssekvenser, DNA-kutt og krav til guide-RNA:

• Cas12a gjenkjenner andre PAM-sekvenser, noe som gir tilgang til andre steder i DNA.
  • Enkelt forklart: Noen mål som er vanskelige å nå med én Cas9-variant, kan være egnet for Cas12a.
• Cas12a lager vanligvis forskjøvne kutt med utstikkende ender, mens Cas9 ofte lager butte ender. Et nytt kutt kan skje dersom målområdet fortsatt gjenkjennes.
  • Enkelt forklart: Kuttformen kan være nyttig i bestemte anvendelser, men gir ikke automatisk bedre redigering i alle situasjoner.
• Cas12a trenger ikke et eget transaktiverende crRNA, kalt tracrRNA . Det bruker et kortere guide-RNA. Evnen til å behandle crRNA-rekker kan dessuten gjøre det enklere å målrette flere steder samtidig.
  • Enkelt forklart: Cas12a-systemer kan konstrueres for å redigere flere gener samtidig.

Kilde: Wikipedia

Cas12a2s særegne egenskaper

Cas12a utvider verktøykassen for målrettet DNA-kutting. Cas12a2 ble opprinnelig knyttet til samme gruppe, men har en vesentlig annerledes biokjemisk virkemåte.

Navnet Cas12a2 betyr ikke bare en forbedret versjon nummer to av Cas12a. Gjenkjenning av et bestemt RNA aktiverer omfattende nedbrytning av nukleinsyrer uten samme sekvensspesifisitet.

Naturlige CRISPR-Cas-systemer inngår i mikroorganismers forsvar. Noen mekanismer er videreutviklet til laboratorieverktøy. Cas12a2 virker annerledes enn et enzym som bare kutter ett valgt DNA-mål. Når Cas12a2 gjenkjenner RNA som passer til guiden, aktiveres nedbrytning av RNA, enkelttrådet DNA og dobbelttrådet DNA utover det opprinnelige målet. I bakterieforsøkene stanset dette hovedsakelig celleveksten, med noe celledød, og begrenset infeksjonen. Det ble ikke vist at alle berørte celler alltid dør.

Mekanismen og dens strukturelle grunnlag ble presentert i to utfyllende Nature-artikler publisert på nett 4. januar 2023 .

Mulige anvendelser av Cas12a2

Aktivering fra et bestemt RNA kombinert med omfattende etterfølgende nedbrytning åpner for nye forskningsverktøy. Foreslåtte bruksområder må skilles fra dokumenterte kliniske anvendelser.

En mulig forskningsbruk er å forbedre prosesser for genredigering gjennom negativ seleksjon: celler som beholder en uønsket sekvens, kunne fjernes. Dette var en foreslått retning, ikke en etablert generell behandlingsmetode for mennesker.

En annen retning er påvisning av bestemte RNA-mål. Den opprinnelige studien demonstrerte prinsippet i laboratoriet, ikke en nesten perfekt diagnostisk test.

Fremtidige Cas12a2-tester kan utnytte et målbart signal fra kløyving av egnede reportermolekyler. Følsomhet, pris, utstyr og pålitelighet må undersøkes for hver test. Studiene dokumenterte ikke automatisk PCR-ytelse kombinert med enkelheten til en hjemmetest.

Ved å endre crRNA kan man forsøke å gjenkjenne andre RNA-sekvenser, for eksempel fra SARS-CoV-2, influensavirus, ebolavirus eller zikavirus. COVID-19 er sykdommen, ikke navnet på viruset. Dette er heller ikke én virusfamilie, og én test oppdager ikke nødvendigvis alle nye mutasjoner.

Kunnskap om målsekvensen er utgangspunkt for å lage en guide. Deretter trengs optimalisering, prøvebehandling og testing av ytelsen. Et design utarbeidet på få uker er ikke det samme som en klinisk validert test.

Ut fra kunnskapen i januar 2023 var RNA-påvisning en lovende forskningsretning som krevde videre utvikling.

En tredje og mer langsiktig mulighet er bruk i kreftforskning. Teoretisk kan man forsøke å aktivere systemet med RNA som er karakteristisk for kreftceller. Levering, selektivitet og beskyttelse av friske celler er sentrale utfordringer. Arbeidene dokumenterte ikke effektiv kreftbehandling hos mennesker.

Betydning for forskning og investeringer

Oppdagelsen viste i 2023 at nye CRISPR-mekanismer fortsatt kunne avdekkes. Cas12a2 var på et tidlig forskningsstadium, og publisering av grunnleggende funn betydde ikke at teknologien var kommersielt klar.

Videre utvikling kunne gi nye analyseverktøy. Om slike verktøy ville supplere eller konkurrere med antigen- og PCR-tester, avhang av senere data og praktiske resultater.

CRISPR-baserte diagnostiske metoder var allerede undersøkt før 2023, blant annet med Cas12 og Cas13. Nyheten ved Cas12a2 var den annerledes mekanismen, ikke den første ideen om diagnostikk med CRISPR.

Editas Medicine (EDIT ) (EDIT) er et selskap som utvikler Cas9- og Cas12a-teknologi. Dette dokumenterer ikke at selskapet hadde et Cas12a2-program. De to enzymnavnene må skilles.