Pag-edit ng Gene na Pinapagana ng AI na Ginawang Posible sa ‘OpenCRISPR-1’

Ang Rebolusyon ng CRISPR

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) ay isang kamakailang natuklasang kasangkapan para sa pag-edit ng gene. Pinapayagan nito ang napaka-tumpak at direksyong pag-edit ng gene, at ang mga nagdiskubre nito ay nanalo ng 2020 Nobel Prize.

Pinagmulan: Lab Associates

Ang unang natuklasang CRISPR system ay CRISPR-Cas9, at maraming binagong CRISPR system ang natuklasan o nilikha mula noon. Maaari mong basahin ang higit pang mga teknikal na detalye ng CRISPR sa aming artikulo “What Is CRISPR-Cas12a2? & Why Does It Matter?”

Ang CRISPR ay nasa unahan ng rebolusyong genomiko, kung saan ang mga unang gene therapy na gumagamit nito ay naaprubahan na para sa mga sakit sa dugo, isang bagay na aming sinuri nang malalim sa “How CRISPR Companies Target Sickle Cell Anemia”.

Mula nang matuklasan ito, ang paghahanap kung paano gamitin ang CRISPR upang baguhin ang isang tiyak na gene o DNA sequence ay naging isang mapagpagod na gawain, na nangangailangan ng maraming kadalubhasaan at manwal na trabaho. Ngunit maaaring magbago ito, salamat sa mabilis na pag-unlad ng mga AI tool.

AI + CRISPR

Sinuri ng mga mananaliksik sa University of Berkeley ang paggamit ng LLMs (Large Language Models) kasabay ng teknolohiyang CRISPR at inilathala ang kanilang mga natuklasan sa siyentipikong papel “Design of highly functional genome editors by modeling the universe of CRISPR-Cas sequences.”

Mas tiyak, nagtipon sila ng dataset na may 1 milyong CRISPR operon mula sa 26 terabase na mga database ng mga genome (26 trilyong genetic bases).

Pagkatapos, ginamit nila ang AI upang lumikha ng milyun-milyong iba’t ibang CRISPR-like na protina na hindi natural na umiiral, pati na rin ang “single-guide RNA sequences for Cas9-like effector proteins”.

Sa pagsubok ng aktwal na kahusayan ng mga bagong CRISPR-like na protina at RNA sequence na ito, natuklasan nila na ang mga nalikhang gene editor ay nagpapakita ng katulad o pinahusay na aktibidad at espesipisidad kumpara sa SpCas9.

Bakit ito mahalaga?

Ang CRISPR-Cas9 ay unang natuklasan sa mga bakterya, na ginagamit ito bilang depensa laban sa mga virus.

Bilang resulta, ang pagdadala ng CRISPR-Cas9 sa selulang tao ay maaaring magpababa ng kahusayan ng pag-edit ng gene kumpara sa selulang bakterya. Ito ay dahil ang mga natural na CRISPR system ay lahat bakteryal at hindi na-optimize para gumana sa mas komplikadong selula.

Ibig sabihin din nito na malamang na ang iba pang CRISPR-like na mga sistema ay maaaring idisenyo upang makamit ang mas mahusay, mas tumpak, o mas mabilis na resulta kaysa sa natural na CRISPR-Cas9.

Gayunpaman, hanggang ngayon, ang paghahanap para sa mga ganitong bagong CRISPR-like na sistema ay limitado lamang sa paghahanap ng bagong bacterial CRISPR tulad ng Cas12 (paborito ng Editas Medicine (EDIT )), at umaasa kami na mas makapangyarihan ito kaysa sa unang natuklasan.

Sa isang AI na kayang lumikha ng milyun-milyong bagong posibleng sequence, binubuksan nito ang posibilidad na mahanap ang “perpektong” CRISPR system para sa gene therapy sa mga tao. At maaari rin nitong pahintulutan ang pagdidisenyo ng CRISPR system na na-optimize para sa tiyak na mga tisyu ng tao, at pati mga hayop o halaman.

Maaari rin nitong buksan ang daan para sa mga bagong uri ng pag-edit ng gene na hindi pinapayagan ng karaniwang CRISPR-Cas9, tulad ng base, prime, o epigenome editing.

Gene Editing Open-AI

Matapos maipakita ang potensyal ng AI-generated na gene editor, nagpasya ang mga mananaliksik na ilabas ito sa publiko.

Ang AI na ito na compatible sa base editing ay pinangalanang OpenCRISPR-1.

Open CRISPR-1 – Pinagmulan: Profluent

Ang modelong ito ay konektado sa startup na nakabase sa Berkeley na Profluent, the AI-first protein design company. Ang paggawa ng OpenCRISPR-1 bilang open-source software ay isang desisyon na ibinahagi ng mga mananaliksik ng Berkeley at Profluent, bilang hakbang upang gawing demokratiko ang teknolohiya.

Maaari mong makita ang mga file at dokumentasyon tungkol sa OpenCRISPR-1 sa GitHub. Libre itong gamitin, kabilang ang para sa komersyal na paggamit, ngunit nangangailangan ng kasunduan sa lisensya upang masubaybayan kung ang tool ay ginagamit sa ligtas at etikal na paraan.

AI-Designed Custom Therapies

Ang potensyal ng OpenCRISPR-1 ay lubos na napakalaki, at sa pangmatagalan maaaring magbukas ng daan para sa mas napakaepektibong gene therapy.

Sa halip, maaari nating isipin na kasabay ng kasalukuyang mababang $1,000 na gastos para sa indibidwal na genome sequencing, maaari itong magbigay-daan sa pasadyang pag-edit ng gene. Kaya ang CRISPR system na ginagamit para sa pag-edit ng gene sa isang indibidwal na pasyente ay maaaring iayon sa kanyang tiyak na genome, sa halip na isang pangkalahatang template na ginagamit para sa lahat.

Gayunpaman, aabutin ito ng panahon, tulad ng ipinakita ng dekadang kinailangan mula nang matuklasan ang CRISPR hanggang sa magkaroon ng unang mga therapy na inaprubahan. Ang pag-edit ng gene ay hindi kailanman isang walang panganib na gawain, at tiyak na magiging maingat ang FDA at hihingi ng maraming datos bago pahintulutan ang paggamit ng hindi pa nasubukang mga system ng pag-edit ng gene sa mga tao.

Mga Kumpanya ng CRISPR

Ang Profluent ay hindi (pa?) isang pampublikong kumpanya, ngunit maraming ibang kumpanya ang aktibo sa pag-develop ng teknolohiyang CRISPR tungo sa mga komersyal na produkto.

1. CRISPR Therapeutics

Ang nagtatangi sa CRISPR Therapeutics (CRSP ) ay ang all-star na koponan ng mga tagapagtatag, kabilang si Dr. Emmanuelle Charpentier na ang pangunahing pananaliksik ay nagbunyag ng mga susi na mekanismo ng teknolohiyang CRISPR-Cas9, na naglatag ng pundasyon para sa paggamit ng CRISPR-Cas9 bilang isang maraming gamit at tumpak na kasangkapan sa pag-edit ng gene. Maraming parangal ang kinilala ang kanyang trabaho, kabilang ang Breakthrough Prize in Life Science.

Ang CRISPR Therapeutics ay nagde-develop ng isang epektibo at maraming gamit na CRISPR/Cas9 gene-editing platform para sa mga therapy na magagamot ang hemoglobinopathies, kanser, diyabetis, at iba pang mga sakit.

Ang unang therapy na kanilang pinapaunlad ay targeting the blood diseases β-thalassemia and sickle cell disease.

Ngayon ay naaprubahan na ito sa komersyal na pangalang Casgevy at para sa parehong aplikasyon. Ang unang allogeneic CAR-T program ng kumpanya na tumutukoy sa B-cell malignancies ay nasa mga clinical trial din.

Bagaman ang sickle cell ay isang sakit na may marahil maliit na merkado, kapag ang teknolohiya ay ganap nang mature, maaari silang magpatuloy sa pagtukoy sa iba pang mga vector ng sakit.

Ang mga pag-unlad sa teknolohiyang CRISPR tulad ng OpenCRISPR-1 ay maaaring maging malaking bentahe para sa mga kumpanyang may aprubadong produkto tulad ng CRISPR Therapeutics at ang kanilang kasosyo na Vertex. Sa isang bagong pinahusay na CRISPR system, maaari nilang i-upgrade sa loob ng ilang taon ang mga therapy para sa β-thalassemia at sickle cell disease. Magrere-renew din ito ng kaugnay na IP at mga patente, na magpapahintulot sa Casgevy na maging isang kumikitang produkto nang mas matagal.

2. Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

Ang kumpanya ay gumagawa ng mga organismo on-demand para sa tiyak na mga aplikasyon. Malawak nitong na-diversify ang mga aplikasyon nito sa maraming research program at partnership:

• Cannabinoids
• mRNA vaccine production and nucleic acid medicine
• Food proteins
• Biological fertilizer production in partnership with Bayer
• Programmable microbes for gut diseases
• Microplastics bioremediation
• Biosecurity and pathogens detection
• Recycling waste and contaminants

Marami sa mga modipikasyong ito ay umaasa sa CRISPR o katulad na mga teknolohiya sa pag-edit ng gene, partikular ang its CAR-T cancer cell therapies.

Sa pamamagitan ng pagbibigay ng handang platform para sa cell engineering, ang Ginkgo ay nagiging pangunahing tagapagbigay ng serbisyo sa industriya ng biotech, lumalampas sa industriya ng parmasyutiko at papasok sa agrikultura, biosecurity, at mga industriyal na proseso ng kemikal. Nagbibigay ito ng kadalubhasaan at bilis at makakatulong na bawasan ang mga fixed cost at dami ng capex na kailangan para sa isang research project.

Ipinapakita ito ng napaka-iba-ibang hanay ng mga kliyente at kasosyo na nakuha ng kumpanya sa nakaraang ilang taon.

Pinagmulan: Gingko Bioworks

Ito ay isang kaakit-akit na stock para sa mga namumuhunan na nais tumaya sa mga teknolohiya ng pag-edit ng gene at cell engineering, ngunit hindi para sa isang partikular na aplikasyon. Ito ay karaniwang mas kawili-wili para sa mga growth-focused na namumuhunan.

Ang paglitaw ng mga open-source, libreng tool tulad ng OpenCRISPR-1 ay maaaring magbigay ng malaking tulong para sa mga kumpanya tulad ng Gingko, na mas nakatuon sa pag-develop ng sampu o daan-daang pasadyang organismo at selula kaysa itulak ang isang tiyak na bersyon ng CRISPR o isang partikular na therapy. Sa ganitong paraan, maaari itong mabilis na ma-access ang CRISPR na tiyak sa isang species ng halaman o mas epektibo sa mga gene ng cannabinoid, atbp.