CRISPR:s kapacitet expanderar med ny antivirala aktivitet

Expanderande CRISPR:s potential – Vad är CRISPR och varför det är viktigt

Sedan dess upptäckt har CRISPR (“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”), som vann Nobelpriset i kemi 2020, revolutionerat medicin och bioteknik.

Källa: Nobel Prize

Detta beror på att CRISPR är den första metoden för genredigering som möjliggör mycket exakt målning av en specifik genetisk sekvens, vilket tillåter korrigering av genetiska fel antingen in vitro eller in vivo utan risk för oönskade mutationer.

Detta är viktigt eftersom ostyrd geninförsel har kopplats till stora problem, särskilt cancerrisker, vilket gör deras terapeutiska användning svår och kontroversiell.

CRISPR kan användas på flera sätt för att avbryta en redan närvarande gen, ta bort en specifik sekvens eller redigera/införa den rätta genetiska sekvensen.

Källa: CRISPR Therapeutics

Detta utvecklades till ett medicinskt genombrott med FDA-godkännande för den första CRISPR-baserade terapin 2023, utvecklad av CRISPR Therapeutics (CRSP ) för genetiska blodsjukdomar (följ länken för en dedikerad rapport om CRISPR Therapeutics).

Dock är mänskligt kontrollerad exakt genredigering inte vad CRISPR användes för i naturen. Detta är i första hand ett antiviralt verktyg som bakterier använder för att överleva virusangrepp.

Och det verkar nu att CRISPR är ännu mer mångsidigt än tidigare förstått, eftersom det kan förändra en cells metabolism och blockera virusreplikation. Detta var en upptäckt gjord av fem forskare vid Rockefeller University och Memorial Sloan Kettering Cancer Center.

De publicerade sina resultat i den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften Science¹, under titeln “Cat1 bildar filamentnätverk för att bryta ner NAD+ under den typ III CRISPR‑Cas antivirala responsen”.

CRISPR:s naturliga ursprung i bakterier

De flesta bakterier står under ständig hot från virus som är specialiserade på att angripa dem, kallade bakteriofager (bokstavligen “bakterieätare”).

Av den anledningen är dessa fagern för närvarande under utredning för deras potential att bilda “levande antibiotika” som skulle kringgå de flesta av de växande antibiotikaresistenserna.

Varje CRISPR-genetiska sekvens som finns i en enskild bakteriell CRISPR härrör från ett DNA-fragment från en bakteriofag som tidigare infekterat prokaryoten eller en av dess förfäder.

Dessa sekvenser används för att upptäcka och förstöra DNA från liknande bakteriofager under efterföljande infektioner, vilket bildar en slags “förvärvad immunitet” mot fag. CRISPR finns i ungefär 50 % av sekvenserade bakteriella genom.

Med tanke på hur utbredda CRISPR-system är och hur viktiga de är mot virusinfektioner eller bakterier, är det kanske inte så förvånande att de har ytterligare antivirala egenskaper.

CRISPR kan blockera virus genom att stoppa cellfunktion

CRISPR som bakteriers kollektiva immunsystem

Andra aktiviteter än “genetiska saxen” för CRISPR-system förstås allt bättre, särskilt tack vare Rockefeller’s Laboratory of Bacteriology under ledning av Pr. Luciano Marraffini.

Källa: Amacad

De fokuserade särskilt på en klass av molekyler i CRISPR-Cas10-systemen som kallas CARF-effektorer, vilka är proteiner som aktiveras vid faginfektion av en bakterie.

CARF-effektorer har olika flera tillvägagångssätt för att nå samma mål: att stoppa cellulär aktivitet. När DNA-replikation och proteinproduktion stoppas i de infekterade cellerna, stoppas även virusproduktionen.

“Det kollektiva arbetet i våra laboratorier avslöjar hur effektiva—och olika—dessa CARF-effektorer är. Omfånget av deras molekylära aktiviteter är ganska fantastiskt.”

Pr. Luciano Marraffini – Rockefeller’s Laboratory of Bacteriology

Denna effekt skyddar indirekt alla andra bakterier i området och är i slutändan ganska lik sina principer med mammalers immunsystem, lymfocyter NK (Natural Killer) som dödar infekterade celler (och cancerceller) för att stoppa virusets spridning.

Cat1-proteinet: Nyckeln till CRISPR:s nya knep

Precis som för många nyliga biotech-upptäckter kom avancerade AI-verktyg för att hjälpa forskarna att hitta en nål i en höstack. I detta fall var det ett verktyg kallat Foldseek, ett sökprogram baserat på Googles (GOOGL ) AlphaFold-verktyg för att förutsäga 3D‑konfigurationen av proteiner.

Istället för att jämföra proteinsekvenser jämför Foldseek deras 3D‑struktur, vilket ökar chansen att hitta proteiner som är funktionellt liknande, även om de har en annan aminosyrsekvens. Foldseek minskar beräkningstiderna med fyra till fem storleksordningar jämfört med tidigare metoder.

Källa: ResearchGate

Med Foldseek fann forskarna ett protein som sannolikt är en CARF-effektor som de kallade Cat1, vilket visade sig ha ett mycket exakt aktiveringssystem.

Detta protein varnas för ett virus närvaro av sekundära budbärarmolekyler kallade cyklisk tetra‑adenylat, eller cA4. Det får sedan Cat1 att bryta ner en viktig metabolit i cellen som heter NAD+.

“När en tillräcklig mängd NAD+ har klyvts, går cellen in i ett tillväxtstopp‑tillstånd.

Med cellulär funktion på paus kan fagern inte längre föröka sig och sprida sig till resten av bakteriepopulationen.”

Christian Baca – TPCB graduate student.

Vad Cat1:s struktur avslöjar

Som ofta är fallet, ju fler vetenskapliga upptäckter som görs, desto fler nya frågor uppstår också.

När de studerade den faktiska strukturen av Cat1 fann forskarna att den har en märklig form.

Dubbelkopior av Cat1 limmas ihop av cA4‑signalmolekylen, bildar långa filament vid virusinfektion och fångar NAD+‑metaboliterna i klibbiga molekylära fickor. Den bildade även mer komplexa strukturer på cellnivå.

“Filamenten interagerar med varandra för att bilda trigona spiralpaket, och dessa paket kan sedan expandera för att bilda pentagona spiralpaket,”

Puja Majumder – Postdoctoral research scholar in the Patel Lab

Källa: Rockefeller’s Laboratory of Bacteriology

Kan dessa antivirala knep fungera hos människor?

Den mycket komplexa och breda räckvidden av antivirala kapaciteter hos CRISPR-system i bakterier väcker en fråga: Kan detta också fungera för människor?

Detta är naturligtvis en idé som redan har diskuterats, särskilt eftersom virus fortfarande är mycket svårare att bekämpa än bakterier, för vilka antibiotika (fortfarande mest) är effektiva.

En sådan möjlighet skulle vara genredigering för att behandla kroniska virusinfektioner som HIV, SARS‑CoV‑2 och hepatitvirus. Virus som smittkoppor och apkoppor också kanske kan behandlas på detta sätt.

Denna högre förståelsenivå av CRISPR-system kan också hjälpa till att lägga till funktioner eller minska biverkningar av befintlig CRISPR‑baserad genterapi, vilket gör dem till ett ännu bättre terapeutiskt verktyg.

Investera i CRISPR‑teknologier

CRISPR Therapeutics

Det som särskiljer CRISPR Therapeutics är det stjärnspäckade grundarteamet, som inkluderar Dr. Emmanuelle Charpentier, vars banbrytande forskning avslöjade de viktigaste mekanismerna i CRISPR‑Cas9‑teknologin.

Det lade grunden för användningen av CRISPR‑Cas9 som ett mångsidigt och exakt genredigeringsverktyg. Många utmärkelser har erkänt hennes arbete, inklusive det Nobelpris i medicin 2020 och Breakthrough Prize i livsvetenskaper.

CRISPR Therapeutics utvecklar en effektiv och mångsidig CRISPR/Cas9‑genredigeringsplattform för terapier som behandlar hemoglobinopatier, cancer, diabetes och andra sjukdomar.

Den första terapin de utvecklade var inriktad på blodsjukdomarna β‑thalassemi och sicklecellanemi.

De har nu godkänts under det kommersiella namnet Casgevy för båda tillämpningarna. Företagets första allogena CAR‑T‑program som riktar sig mot B‑cellmaligniteter är också i kliniska prövningar.

Även om sicklecell är en sjukdom med ett sannolikt litet marknadssegment, kan de när teknologin är mogen gå vidare till att rikta in sig på andra sjukdomsvektorer.

Som det första företaget med en godkänd CRISPR‑terapi är CRISPR Therapeutics i en god position att vara först med att generera positivt kassaflöde från teknologin och expandera dess tillämpningar ytterligare.

Och denna lysande meritlista kommer sannolikt göra företaget till en föredragen partner för andra läkemedelsföretag som vill komma ikapp inom CRISPR‑terapier.

Senaste CRISPR Therapeutics (CRSP) Aktier Nyheter och Utveckling

Studie Refererad:

^{1. Christian F. Baca et al. Cat1 bildar filamentnätverk för att bryta ner NAD+ under den typ III CRISPR‑Cas antivirala responsen. Science 10 apr 2025. DOI: 10.1126/science.adv9045}