Co to jest CRISPR-Cas12a2? & Dlaczego to ma znaczenie?

Krótka historia CRISPR

CRISPR to skrót od Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Są to segmenty prokariotycznego DNA zawierające krótkie powtórzenia sekwencji zasad. Są one częścią bakteryjnego systemu obronnego, który wraz z białkami Cas (CRISPR-associated protein) stanowi podstawę technologii edycji genomu CRISPR-Cas9. Zasadniczo, technologia ta atakuje materiał genetyczny wirusa, aby powstrzymać jego propagację.

Cząsteczki CRISPR można stosować razem z białkiem Cas9 (Cas mean CRISPR Associated Protein) w celu utworzenia technologii CRISPR-Cas9. Ta technologia jest wykorzystywana do eniszczenie genów wewnątrz żywych komórek i organizmów przy użyciu modyfikowania sekwencji CRISPR.

Kluczową zaletą tej techniki jest to, że pozwala ona na bardzo precyzyjne namierzenie obszaru DNA podlegającego edycji, czego nie udało się osiągnąć wcześniejszymi technikami. Twórcy CRISPR-Cas9 zdobyli Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za rok 2020.

Ale Cas-9 nie jest jedynym możliwym sposobem wykorzystania CRISPR. Istnieje również Cas13, którego można używać do edycji RNA. I ten dotyczący tego artykułu, Cas12a

Cas12a kontra Cas9

To wyjaśni Cas12a tak bardzo, jak to możliwe, w sposób zrozumiały dla nie-biochemika, więc niektóre szczegóły zostaną nieco uproszczone i będziemy mogli najpierw przyjrzeć się, czym jest CRISPR-Cas12a.

CRISPR-Cas12a różni się od Cas9 systemem pod kilkoma względami:

• Zapewnij alternatywne miejsca cięcia w stosunku do tego, co może zrobić Cas9.
  • Tłumaczenie nietechniczne: trudne do rozwiązania problemy z Cas9 mogą być wykonalne z Cas12a
• Tnie DNA w sposób, który pozostawia „lepki” odcinek DNA zamiast „tępego” cięcia Cas9 i można go ciąć wielokrotnie.
  • Tłumaczenie nietechniczne: Zwiększa to ryzyko edycji genów.
• Nie ma potrzeby transaktywacja crRNA (tracrRNA) dla Cas12a, w przeciwieństwie do Cas9. Ze względu na mniejszy rozmiar umożliwiłoby to łatwiejszą edycję genomu multipleksowego.
  • Tłumaczenie nietechniczne: za pomocą CAs12a można jednocześnie zmodyfikować więcej niż jeden gen

Źródło: Wikipedia

Unikalne właściwości Cas12a2

Badacze sądzili, że w przypadku CRISPR-Cas12a otrzymali nową, nieco inną wersję teraz lepiej poznanego CRISPR-Cas9. Ze względu na te różnice miał wiele interesujących zastosowań, ale nadal był to ten sam podstawowy mechanizm.

A potem przyszedł Cas12a2.

Ostatnia liczba, „2” na końcu, oznacza wariant Cas12a, który wydawał się mieć bardzo różne właściwości. W rzeczywistości zachowuje się zupełnie inaczej niż „normalny” Cas12a niż Cas12a z Cas9.

Systemy CRISPR-Cas mają za zadanie atakować obce geny i chronić bakterie przed wirusami. Naukowcy ponownie wykorzystali tę zdolność do edycji genów. To, co robi Cas12a2, jest zupełnie inne. Kiedy wykryje wirusowe RNA, zaczyna działać atakować WSZYSTKIE kwasy nukleinowe wewnątrz komórki. W większości przypadków zabije dotkniętą komórkę, chroniąc resztę kolonii bakterii i blokując replikację wirusa.

To zupełnie nowy mechanizm zapewnił swoim odkrywcom miejsce w prestiżowej publikacji Nature na początku stycznia 2023 r. w 2 różnych artykułach (coś, co zrobi karierę każdemu biologowi).

Aplikacje Cas12a2

Powód entuzjazmu recenzentów Nature jest dość prosty. Mechanizm cas12a2 pozwala na stworzenie narzędzia do „programowego zabijania komórek”.

Pierwszym zastosowaniem mogłaby być znacznie wydajniejsza edycja przy użyciu drugiej metody CRISPR. Połączenie Cas12a2 z innymi systemami CRISPR-Cas mogłoby zwiększyć efektywność edycji genów CRISPR poprzez kontrselekcję.

Może być również bardzo skuteczny w wykrywaniu RNA wirusa. Zatem, A drugie zastosowanie polega na tym, że CA12a2 można przekształcić w quasi-idealny test do wykrywania wirusówS. W opublikowanym artykule przedstawiono już dowód słuszności tej koncepcji.

Testy oparte na CAs12a2 łączy w sobie bardzo wysoką czułość testu PCR z łatwością i taniością testu domowego. Wszystko bez konieczności stosowania skomplikowanych maszyn.

Najlepsze jest to, że można go dostroić do wykrywania praktycznie dowolnych wirusów RNA, rodziny obejmującej wirusy takie jak COVID-19, grypa, Ebola i Zika, a także wszelkich mutacji, które uniknęłyby początkowej partii testów.

Do zaprojektowania nowego testu wystarczyłoby poznać genom wirusa i zaprojektować własne sekwencje crRNA. Można to zrobić w zaledwie kilka tygodni, jak pokazała nam pandemia.

Zatem na obecnym poziomie zrozumienia Cas12a2 testowanie wydaje się być prostym zastosowaniem.

Trzecie możliwe zastosowanie mogłoby polegać na zastosowaniu CRISPR-Cas12a2 w leczeniu rakaTeoretycznym przykładem mogłoby być zaprogramowanie Cas12a2 tak, aby reagował na sekwencje genetyczne specyficzne tylko dla komórki nowotworowej, zmuszając komórkę nowotworową do „samobójstwa”. Jednak to zastosowanie może być bardziej zaawansowane niż inne ze względu na złożoność genetyki komórek nowotworowych.

Inwestycja na wynos

Technologia CRISPR jest wciąż w powijakach i wymaga odkrycia zupełnie nowych mechanizmów. Naukowcowi pracującemu nad Cas12a2 zajęło 7 lat uzyskanie wystarczająco dobrych wyników, aby go zrozumieć. CRISPR-Cas12a2 został właśnie opublikowany i wciąż daleko mu do komercjalizacji. Nie zdziwiłbym się, gdyby inne warianty systemów CRISPR-Cas nadal były ukryte we wstępnych wynikach innych zespołów badawczych na całym świecie.

Cas12a2 będzie przestrzenią do uważnych badań w kontekście technologii testowania, tworząc w dłuższej perspektywie potencjalne zagrożenie dla testów antygenowych i testów PCR.

Można je również połączyć z innymi technikami CRISPR, aby zwiększyć ich wydajność lub rozwiązać problemy techniczne. Ogólnie rzecz biorąc, Cas12a2 wydaje się dobrym powodem do większego optymizmu co do technologii CRISPR w ogóle i jej potencjału w zakresie zmiany medycyny. W tym testy, o których nikt nawet nie myślał aż do stycznia 2023 roku.

Edyta Medycyna (EDIT) jest jedną z firm, która jest obecnie pracuje nad tą technologią.