Nye CRISPR-systemer oppdaget, forbedrer genredigeringens nøyaktighet

Hva gjør oss unike? Forskjellig fra de fleste, men like til noen? Hva former vår fysiske, atferdsmessige og til og med mentale utseende? Svaret ligger i våre gener.

Overført fra foreldre til deres avkom, inneholder genene informasjonen som spesifiserer fysiske og biologiske trekk.

Men det er ikke alt. Genene er også ansvarlige for sykdommer. Feilaktige gener kan forårsake alle mulige problemer som kan manifestere seg som fødselsdefekter, kroniske sykdommer eller utviklingsproblemer.

En svært avansert måte å takle dette på er gjennom gen- eller genomredigering, som gjør det mulig for forskere å gjøre presise endringer i DNA. Genredigering innebærer å legge til, fjerne eller endre genetisk materiale på bestemte steder.

Disse spesifikke, målrettede endringene i DNA kan føre til endringer i fysiske trekk eller sykdomsrisk. 

Denne teknologien brukes ikke bare til å behandle genetiske sykdommer ved å korrigere feilaktige gener, men også til å utvikle nye behandlinger og få en dypere forståelse av genfunksjon. I tillegg kan den forbedre avlinger ved å gjøre presise endringer i deres DNA. En velkjent og vidt brukt genredigerings-teknologi er CRISPR-Cas9, som er basert på et naturlig forekommende bakterielt forsvarssystem.

CRISPR-Cas9 er avledet fra CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), et bakterielt immunsystem som hjelper bakterier å forsvare seg mot virusinfeksjoner ved å gjenkjenne og ødelegge viral DNA. 

I dette systemet fungerer CRISPR som en genetisk hjemmesøker, mens Cas9, et protein, fungerer som molekylære “saks” for å kutte DNA på bestemte steder. Det er enklere, billigere og mer nøyaktig enn tidligere genredigerings-teknikker. 

En metode for genomredigering basert på CRISPR-Cas9-teknologi ble faktisk tildelt Nobelprisen i kjemi i 2020. Det var første gang i historien at en Nobelpris ble tildelt to kvinner.

CRISPR: Transformerer moderne biologi med genredigering

CRISPR ble først identifisert for noen tiår siden. I 1987 observerte Yoshizumi Ishino og hans team ved Osaka University det i (E. coli) bakterielle genomer. Men det var ikke før tidlig i 2000-årene at CRISPRs rolle som bakterielt immunforsvar ble identifisert.

De siste årene har denne teknologien fremmet betydelig og har vært med å transformere moderne biologi.  

Et eksempel på dette er bruken av CRISPR–Cas9 til å modifisere menneskelige embryo-celler, som gjør det mulig å gjøre genetiske endringer som kan overføres til fremtidige generasjoner. Dette har vært bredt mislikt, med krav om å forby arvelige genetiske modifikasjoner.

Foruten dette, brukes CRISPR–Cas9 og relaterte teknologier også med hell til å kurere livstruende sykdommer. 

Bare i de første tre månedene av dette året, har flere forskere brukt CRISPR til å oppnå flere gjennombrudd.

Tidligere denne måneden skapte en gruppe forskere ved Colossal Biosciences ‘ullige mus’ – mus med lang pels lignende den utdødde ullhåret mammut. De gjorde dette ved å redigere syv gener samtidig som var knyttet til hårvekst, farge og tekstur.

Teamet arbeider med flere utryddingsprosjekter, inkludert thylacine og dodo, med mammuten som deres flaggskipprosjekt. Alle disse prosjektene innebærer å ta stamceller fra en art som er nært beslektet med den utdødde og deretter redigere endringer basert på den avdøde artens genomer. For dette brukte forskerne variasjoner av CRISPR/Cas9 og CRISPR/Cas-systemer.

Forrige måned oppdaget forskere ved MITs McGovern Institute for Brain Research og Broad Institute of MIT and Harvard en¹ en gammel RNA-styrt system som kan utvide genredigerings-verktøykassen og forenkle leveringen av genredigerings-behandlinger.

Disse systemene, kalt TIGR (Tandem Interspaced Guide RNA), kan programmeres om til å målrette hvilken som helst DNA-sekvens. De har også distinkte funksjonelle moduler som virker på mål-DNA. I tillegg til sin modulærhet, er TIGR svært kompaktt.

Ifølge Feng Zhang, en professor i nevrovitenskap ved MIT, hvis team tidligere tilpasset bakterielle CRISPR-systemer til genredigerings-verktøy og fant flere programmerbare proteiner:

“Dette er et svært fleksibelt RNA-styrt system med mange diverse funksjoner.” 

I deres siste arbeid, fokuserte teamet på en strukturell egenskap ved CRISPR-Cas9-proteinet som binder til enzymets RNA-veileder. De har oppdaget over 20 000 forskjellige Tas-proteiner, eksperimentert med dusinvis av dem og demonstrert at noen kunne programmeres til å gjøre målrettede kutt i DNA i menneskelige celler. De planlegger nå å utvikle TIGR-Tas-systemer til programmerbare verktøy.

Forskere utforsker også genredigering for å korrigere trisomi på cellulært nivå. De har nylig suksessfullt fjernet ekstra kopier av kromosom 21 i Down-syndrom-celler ved å bruke CRISPR-Cas9, og gjenopprettet normal genuttrykk.

Down-syndrom oppstår når det er en ekstra kopi av kromosom 21. Denne tilstanden påvirker omtrent 1 av 700 levende fødsler, og selv om den lett kan diagnostiseres tidlig, finnes det for tiden ingen behandlinger for denne.

Men det siste gjennombruddet, som ble oppnådd i laboratorie-dyrket celler, kunne fjerne den ekstra kromosomen fra trisomi 21-celler, som var avledet fra både pluripotente stamceller og hudfibroblaster, og etterlot bare en kopi fra hver forelder i stedet for to identiske.

Selv om det ikke er klar for bruk i levende organismer, antyder det potensial for anvendelse i nevroner og gliale celler.

I et annet tilfelle har kinesiske forskere bygget et tryggere genredigerings-system ved å bruke dødelige virus som dengue-feber til å forbedre effektivitet og sikkerhet. Systemet bruker mRNA for å unngå risikoen for at fremmed DNA blir igjen og skaper uønskede mutasjoner.

Ifølge forsknings-teamet, øker det optimerte mRNA-leveringssystemet “fleksibiliteten og anvendeligheten av transgen-fri genomredigering i planter”.

Så, genredigerings-teknologi har revolusjonert ikke bare menneskets biologi, men også landbruket ved å modifisere planters DNA for å forbedre ønskede trekk som høye avlinger.

Bare denne måneden oppdaget forskere fra Johns Hopkins University og Cold Spring Harbor Laboratory nøkkelgener som bestemmer fruktstørrelse. Disse genene kan kontrolleres med CRISPR, og åpner vei for større og mer smakfulle produkter.

Forskningen er en del av en større initiativ for å kartlegge de fullstendige genomer av 22 nattskade-avlinger, inkludert poteter, auberginer og tomater, for å forstå og forbedre deres genetiske trekk.

“En gang du har gjort genredigeringen, trenger du bare ett frø for å starte en revolusjon.”

– Med-lead-forfatter Michael Schatz, en genetiker ved Johns Hopkins University

Alle disse utviklingene viser bare hvor langt teknologien har kommet, men det er bare begynnelsen. Forskere ved Duke University og North Carolina State University har nå oppdaget nye CRISPR-Cas-systemer som ytterligere forbedrer eksisterende genredigerings-teknologier.

Klikk her for å lære alt om CRISPR-Cas9. 

Fremdrift av CRISPR: Nye systemer forbedrer genredigerings-nøyaktighet

Siden CRISPR-Cas-systemer først ble oppdaget i bakterier, har mange ortologer blitt identifisert. Ortologer er gener som har utviklet seg fra et felles stamgen gjennom en artsdanningshendelse. De er til stede i forskjellige arter og kan potensielt beholde samme funksjon.

Minst seks typer og 33 under-typer av ortologer har blitt karakterisert, men til tross for dette, er type II-systemer de mest brukte i bioteknologi og biomedisinsk forskning. Disse type II-systemene bruker Cas9 til å kutte DNA.

Lettheten ved å programmer om Cas9-målsteder har gjort det så populært og har innledet en bølge av potensielle genomredigerings-behandlinger. 

Men, til tross for overfloden av bakterielle CRISPR-Cas9-systemer, er få effektive i menneskelige celler, og begrenser dermed CRISPR-teknologiens totale potensial. 

Dette skaper et behov for flere Cas9-ortologer for å utvide rekken av målbare DNA-sekvenser. Dette vil også hjelpe med å overvinne leverings-størrelsesbegrensninger og forbedre spesifisiteten og effektiviteten av CRISPR-Cas9 genredigering.

Så, forskerne fra Duke University og NC State University utforsket tusenvis av bakterielle genomer for nye CRISPR-Cas-systemer og oppdaget noen som kan legges til genredigerings-verktøykassen.

Studien, som ble publisert i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)² denne måneden, utvider effektivt teknologiens innvirkning på forskning, medisin og bioteknologi.

“Det er faktisk merkelig at de første CRISPR-Cas-systemene forskerne brukte på menneskelige celler, er fortsatt det som fungerer best. Vi ønsket å gjennomsøke bakterier funnet i mer obskure settinger for forskjellige CRISPR-systemer som kanskje har forskjellige evner.”

– Charlie Gersbach, Professor of Biomedical Engineering at Duke

Blant de nyoppdagete bakterielle genomer, viser ett spesielt system avledet fra bakterier, som vanligvis finnes i melkekyr, løftet.

Dette ortogonale effektor-tillater komplementær og fleksibel målretting av diverse genetiske sekvenser for neste-gen-genomredigering.

Systemet er også svært effektivt, sammenlignbar med det vidt brukte Streptococcus pyogenes CRISPR-Cas9. Streptococcus pyogenes er den bakterielle arten som CRISPR-Cas9 og de fleste påfølgende forskningene med CRISPR er bygget på.

Ifølge Rodolphe Barrangou, Professor of Food, Bioprocessing and Nutrition Sciences at NC State:

“Det finnes mye mer CRISPR-Cas-system-diversitet i naturen enn folk anerkjenner, og det kan være svært nyttig å grave etter diverse effektorer med funksjonell potensial som molekylære maskiner.”

Forskere er også begeistret for SubCas9 på grunn av flere grunner. For det første, er det nye systemets lille størrelse – mindre enn det konvensjonelt brukte Cas9 DNA-molekylære saks – som gjør det lettere å levere det inn i menneskelige celler. 

I tillegg kan det målrette unike gen-sekvenser som er utilgjengelige for andre systemer, inkludert det opprinnelige motstykket. 

Det vanlig brukte Cas9 fungerer ved genetiske mål nær DNA-sekvensen ‘GG’, som er “en ganske vanlig DNA-sekvens”. Men hvis det ikke er en GG i nærheten, trenger man et alternativ, og det nye systemet tilbyr det ved å fungere ved steder nær “AATA” eller “AGTA”-mønster.

“Dette systemet kan gi forskerne fleksibilitet for å bruke forskjellige Cas9 når de må være svært presise med deres målstedsvalg.”

– Gabe Butterfield, postdoktor-stipendiat i Gersbach Lab

I tillegg er det mindre sannsynlig at det blir gjenkjent av det menneskelige immunsystemet som S. uberis ikke vanligvis finnes i mennesker. Dette er i motsetning til bakteriearter som brukes til å isolere de mer vanlige Cas9-proteinene. 

Så, hvis det brukes i en terapeutisk anvendelse, vil de fleste menneskers immunsystem ikke gjenkjenne SubCas9 fra en tidligere naturlig eksponering.

“Foruten potensialet for terapeutiske anvendelser, apprecierer vi også at bakterier som har tilpasset seg diverse habitater, har effektorer bedre egnet for forskjellige typer vertsorganismer, med mye potensial for oppdagelse av systemer bedre egnet for planter, husdyr og miljøanvendelser.”

– Barrangou

I neste trinn, vil forskerne se på SubCas9s evne til å unngå eksisterende immunitet som de forventer. De tester også inkorporering av det i en rekke cell- og gen-behandlinger. Forskerne kan også gå tilbake til de massive bakterielle metagenom-databasene for å finne flere CRISPR-systemer for undersøkelse.

Totalt sett, presenterer de siste fremgangene i CRISPR-Cas9 genredigering et betydelig gjennombrudd som kan forbedre genbehandlings-teknikker betydelig, og tillate mer presise og effektive behandlinger for genetiske forstyrrelser, kreft og andre sykdommer. 

Gitt den raske takten i CRISPR-forskning, kan disse nye systemene integreres i kliniske anvendelser innen de neste 3 til 5 årene, avhengig av videre validering og regulatoriske godkjenninger.​

Innovativt selskap

Editas Medicine, Inc. (EDIT )

Editas Medicine er et ledende genredigerings-selskap som fokuserer på å utvikle CRISPR-baserte behandlinger for å behandle en rekke alvorlige sykdommer.

Det er et klinisk stadium genredigerings-selskap som utvikler in vivo-administrerte genredigerings-midler, hvor behandlingen injiseresekte inn i pasienten for å redigere celler inne i kroppen. CEO Gilmore O’Neill, M.B., M.M.Sc tidligere denne måneden, mens han delte forretningsoppdateringer, sa:

“Vårt mål og strategi for å bli en leder i in vivo genredigering akselererte i fjerde kvartal etter at vi oppnådde in vivo preklinisk bevis for konseptet før tiden og delte positive prekliniske in vivo data som demonstrerte potensialet for vår plattform-teknologi til å oppnå gen-oppreging, eller å forsterke uttrykket av et eksisterende protein til å oppnå klinisk relevante nivåer som kunne potensielt drive kurere over flere vev med en enkelt dose.” 

Per skriving, handles aksjene i det 117 millioner markedskap-selskapet til 1,41, opp 11,02% YTD. Dets EPS (TTM) er -2,88, og P/E (TTM)-forholdet er -0,48.

Tidligere denne måneden rapporterte selskapet sine fjerde kvartal og fullår 2024 finansielle resultater. Netto-tapet var 45,4 millioner dollar, eller 0,55 dollar per aksje, mye større enn de 18,9 millioner dollar som ble registrert i Q4 2023. 

Inntekten sank til 30,6 millioner dollar, og forsknings- og utviklings-utgiftene økte til 48,6 millioner dollar i denne perioden.

Ved slutten av 2024 hadde selskapet 269,9 millioner dollar i kontanter, kontant-ekvivalenter og markedsverdipapirer, litt bedre enn det forrige ved slutten av det forrige kvartalet. Ifølge selskapets annonsering, forventer de at disse midlene, sammen med de beholdte delene av betalingene som skal betales under lisensavtalen med Vertex Pharmaceuticals, vil dekke både drifts-utgifter og kapital-utgifter langt inn i Q2 2027.

For hele året 2024 var netto-tapet 237,1 millioner dollar, eller 2,88 dollar per aksje, samarbeids-inntekter sank til 32,3 millioner dollar, R&D-utgifter økte til 199,2 millioner dollar, generelle og administrative utgifter økte til 72 millioner dollar, og omstrukturering-gebyrer var 12,2 millioner dollar.

Selskapets nylige prestasjoner inkluderer å vise preklinisk bevis for konseptet i menneskelige mus og ikke-menneskelige primater.

Dette sa CTO Linda C. Burkly, Ph.D., viser selskapets evne til “å oppnå in vivo genredigering via gen-oppreging til å øke nivået av et fungerende protein til å håndtere sykdommer forårsaket av tap av funksjon eller skadelige mutasjoner.” Hun delte også potensialet for gen-oppregings-strategien over flere vev med “plug ‘n play”-programmet.

Editas har også delt at de er på vei til å annonse en in vivo-utviklingskandidat for hematopoietiske stamceller og lever-celler i midten av 2025, og ved årets slutten, planlegger de å dele mer preklinisk in vivo HSC- og lever-data.

Midt i dette, avsluttet selskapet sitt reni-cel-program for å behandle sickle-cellsyndrom (SCD) etter at deres omfattende søk ikke klarte å finne en kommersiell partner. Med denne bevegelsen, begynte selskapet å spare kostnader, under hvilke de vil redusere sin arbeidsstyrke med 65%, rundt 180 jobber.

Seneste om Editas Medicine, Inc.

Konklusjon

Over de siste ti årene har CRISPR-baserte teknologier revolusjonert bioteknologi ved å muliggjøre genomredigering. De har skapt diverse nye muligheter for biomedisinsk forskning, terapeutisk genom- og epigenom-redigering. 

Gjeldende tilnærminger møter imidlertid begrensninger på grunn av deres ubalanse i fokus på en enkelt Cas9-effektor med selektiv effektivitet og begrenset målrettingsspesifisitet. 

Oppdagelsen av nye CRISPR-Cas-systemer markerer en betydelig fremgang i genredigering. Ved å utvide nøyaktigheten, effektiviteten og fleksibiliteten av eksisterende teknologier, lover den siste studien mer målrettede behandlinger for genetiske forstyrrelser og forbedrede landbruksresultater. Med forskere som finjusterer disse systemene, kan neste generasjon av genredigering låse opp nye grenser i medisin og bioteknologi!

Klikk her for en liste over topp CRISPR-selskaper å investere i.

Studier referert til:

1. Faure, G., Saito, M., Wilkinson, M. E., Quinones-Olvera, N., Xu, P., Flam-Shepherd, D., Kim, S., Reddy, N., Zhu, S., Evgeniou, L., Koonin, E. V., Macrae, R. K., & Zhang, F. (2025). TIGR-Tas: A family of modular RNA-guided DNA-targeting systems in prokaryotes and their viruses. Science. https://doi.org/10.1126/science.adv9789

2. Butterfield, G. L., Rohm, D., Roberts, A., Nethery, M. A., Rizzo, A. J., Morone, D. J., Garnier, L., Iglesias, N., Barrangou, R., & Gersbach, C. A. (2025). Characterization of diverse Cas9 orthologs for genome and epigenome editing. Proceedings of the National Academy of Sciences, 122(11), e2417674122. https://doi.org/10.1073/pnas.2417674122