Vad är CRISPR-Cas12a2? & Varför är det viktigt?

En kort historik om CRISPR

CRISPR står för Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, vilket är segment av prokaryot DNA som innehåller korta upprepningar av bassekvenser. Dessa är en del av ett bakteriellt försvarssystem som, tillsammans med CRISPR‑associerade (Cas) proteiner, bildar grunden för CRISPR‑Cas9‑genredigeringsteknik.  Det riktar i huvudsak virusets genetiska material för att stoppa dess spridning.

CRISPR‑molekyler kan användas tillsammans med Cas9‑proteinet (Cas betyder CRISPR Associated Protein) för att bilda CRISPR‑Cas9‑tekniken. Denna teknik utnyttjas för editering av gener i levande celler och organismer genom att modifiera CRISPR‑sekvenser.

En viktig fördel med tekniken är att den möjliggör mycket exakt målning av det DNA‑område som redigeras, något tidigare metoder inte kunde uppnå. Uppfinnarna av CRISPR‑Cas9 fick Nobelpriset i kemi 2020.

Men Cas9 är inte det enda möjliga sättet att använda CRISPR. Det finns också Cas13, som kan användas för RNA‑redigering. Och den som behandlas i den här artikeln, Cas12a

Cas12a vs Cas9

Detta kommer att förklara Cas12a så mycket som möjligt på ett sätt som är förståeligt för en icke‑biokemist, så vissa detaljer förenklas något, och vi kan först titta på vad CRISPR‑Cas12a är.

CRISPR‑Cas12a är ett annat system än Cas9 i några avseenden:

• Erbjuder alternativa klippställen jämfört med vad Cas9 kan göra.
  • Non-technical translation: Svår‑lösta problem med Cas9 kan vara lösbara med Cas12a
• Den klipper DNA på ett sätt som lämnar en “klibbig” DNA‑sektion istället för den “trubbiga” klippningen som Cas9 ger, och kan klippa flera gånger.
  • Non-technical translation: Det resulterar i högre sannolikhet för att genredigering sker.
• Det behövs ingen transaktiverande crRNA (tracrRNA) för Cas12a, till skillnad från Cas9. På grund av den mindre storleken skulle det möjliggöra enklare multiplex‑genomredigering.
  • Non-technical translation: mer än en gen kan modifieras samtidigt med CAs12a

Källa: Wikipedia

Cas12a2 unika egenskaper

Med CRISPR‑Cas12a trodde forskare att de hade en ny, något annorlunda version av den nu bättre förstådda CRISPR‑Cas9. Den hade många intressanta användningsområden på grund av dessa variationer, men det var fortfarande samma grundläggande mekanism.

Och sedan kom Cas12a2.

Den sista siffran, “2” i slutet, avser en variant av Cas12a som visade sig ha mycket olika egenskaper. Faktum är att den beter sig helt annorlunda jämfört med “normal” Cas12a än vad Cas12a skiljer sig från Cas9.

CRISPR‑Cas‑systemen är designade för att attackera främmande gener och skydda bakterier från virus. Forskare har omvandlat denna kapacitet till genredigering. Vad Cas12a2 gör är mycket annorlunda. När den upptäcker viralt RNA, börjar den att attackera ALLA nukleinsyror i cellen. Oftast kommer den att döda den påverkade cellen, skydda resten av bakteriekolonin och blockera virusets replikation.

Denna helt nya mekanism gav dess upptäckare en plats i den prestigefyllda publikationen Nature i början av januari 2023 i två olika artiklar (något som i stort sett är karriärskapande för varje biolog).

Cas12a2 tillämpningar

Anledningen till entusiasmen hos Nature‑granskarna är ganska enkel. Cas12a2‑mekanismen möjliggör skapandet av ett verktyg för att “programmerbart döda celler”.

Den första tillämpningen kan vara mycket effektivare redigering med den andra CRISPR‑metoden. Att kombinera Cas12a2 med andra CRISPR‑Cas‑system kan öka effektiviteten i CRISPR‑genredigering genom motselektion.

Den kan också vara mycket effektiv för att upptäcka virus‑RNA. Så, en andra tillämpning är att CAs12a2 kan omvandlas till ett nästan perfekt test för att upptäcka viruser. Den publicerade artikeln visar redan ett proof‑of‑concept för denna idé.

CAs12a2‑baserade tester skulle kombinera den mycket höga känsligheten hos ett PCR‑test med enkelheten och låga kostnaden för ett hemtest. Allt utan att kräva komplex utrustning.

Det bästa är att den kan justeras för att upptäcka i princip alla RNA‑virus, en familj som inkluderar virus som COVID‑19, influensa, Ebola och Zika, samt eventuella mutationer som skulle undgå de första testserierna.

Allt som behövs för att designa ett nytt test är att känna till virusets genom och designa skräddarsydda crRNA‑sekvenser. Något som kan göras på bara några veckor, som pandemin visade oss.

Så, på den nuvarande kunskapsnivån om Cas12a2 verkar testning vara en enkel tillämpning.

Den tredje möjliga tillämpningen kan vara att använda CRISPR‑Cas12a2 i cancerbehandling. Ett teoretiskt exempel kan vara att programmera Cas12a2 att reagera på genetiska sekvenser som är specifika för cancercellen, vilket tvingar cancercellen att “självmörda”. Denna tillämpning kan dock ligga längre fram i tiden än de andra på grund av komplexiteten i cancercellernas genetik.

Investeringssammanfattning

CRISPR‑teknologin är fortfarande i sin linda, med helt nya mekanismer att upptäcka. Det tog forskaren som arbetar med Cas12a2 sju år att få tillräckligt bra resultat för att förstå den. CRISPR‑Cas12a2 har precis publicerats och har fortfarande en lång väg kvar till kommersialisering. Jag skulle inte bli förvånad om andra varianter av CRISPR‑Cas‑system fortfarande är gömda i preliminära resultat från andra forskargrupper världen över.

Cas12a2 kommer att vara ett område att studera noggrant i samband med testteknik, vilket potentiellt kan utgöra ett hot mot antigentestning och PCR‑testning på lång sikt.

Det kan också kombineras med andra CRISPR‑tekniker för att göra dem mer effektiva eller lösa tekniska hinder. Sammantaget verkar Cas12a2 vara en god anledning att vara mer optimistisk kring CRISPR‑teknologin i allmänhet och dess potential att förändra medicin. Inklusive testning, något som ingen hade föreställt sig förrän januari 2023.

Editas Medicine (EDIT) är ett av de företag som för närvarande arbetar med denna teknik.