Lumalawak ang Kakayahan ng CRISPR Kasama ang Bagong Antiviral na Aktibidad

Pagpapalawak ng Potensyal ng CRISPR – Ano ang CRISPR at Bakit Ito Mahalaga

Mula nang matuklasan, ang CRISPR (“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”), na nanalo ng 2020 Nobel Prize in Chemistry, ay nagbago ng medisina at biotechnology.

Pinagmulan: Nobel Prize

Ito ay dahil ang CRISPR ay ang unang pamamaraan para sa gene editing na nagbibigay-daan sa napaka-tumpak na pagtutok sa isang tiyak na genetic sequence, na nagpapahintulot sa pagwawasto ng mga genetic error alinman in vitro o in vivo nang hindi nanganganib sa hindi gustong mutasyon.

Mahalaga ito dahil ang hindi pinamamahalaang pagpasok ng gene ay nauugnay sa malalaking problema, partikular ang panganib ng kanser, na nagpapahirap at nagiging kontrobersyal ang kanilang therapeutic na paggamit.

Maaaring gamitin ang CRISPR sa maraming paraan upang pigilan ang isang gene na umiiral na, burahin ang isang tiyak na sequence, o i-edit/ipasok ang tamang genetic sequence.

Pinagmulan: CRISPR Therapeutics

Ito ay naging isang medikal na breakthrough sa pag-apruba ng FDA para sa unang CRISPR-based na therapy noong 2023, na binuo ng CRISPR Therapeutics (CRSP ) para sa mga genetic blood disease (tingnan ang link para sa dedikadong ulat tungkol sa CRISPR Therapeutics).

Gayunpaman, ang kontroladong tumpak na gene editing sa tao ay hindi ang gamit ng CRISPR sa kalikasan. Ito ay, pangunahin, isang antiviral na kasangkapan na ginagamit ng bakterya upang mabuhay laban sa mga atake ng virus.

At ngayon ay lumalabas na ang CRISPR ay mas maraming gamit pa kaysa dati, dahil maaari nitong baguhin ang metabolismo ng selula, na humaharang sa pag-replikate ng virus. Ito ay isang tuklas na ginawa ng limang mananaliksik sa Rockefeller University at Memorial Sloan Kettering Cancer Center.

Inilathala nila ang kanilang mga resulta sa prestihiyosong siyentipikong magasin na Science¹, sa pamagat na “Cat1 forms filament networks to degrade NAD+ during the type III CRISPR-Cas antiviral response”.

Likás na Pinagmulan ng CRISPR sa Bakterya

Karamihan sa mga bakterya ay patuloy na banta ng mga virus na espesyal na dinisenyo upang atakihin sila, na tinatawag na bacteriophages (literal na “kumakain ng bakterya”).

Dahil dito, ito ang dahilan kung bakit ang mga phage na ito ay kasalukuyang iniimbestigahan para sa kanilang potensyal sa pagbuo ng “living antibiotics” na makakalusot sa karamihan ng lumalawak na antibiotic resistance.

Ang bawat CRISPR genetic sequence na matatagpuan sa isang indibidwal na bakterya ay nagmula sa isang DNA fragment ng bacteriophage na dati nang nag-infeksyon sa prokaryote o isa sa mga ninuno nito.

Ang mga sequence na ito ay ginagamit upang matuklasan at sirain ang DNA mula sa katulad na bacteriophage sa mga susunod na impeksiyon, na bumubuo ng isang uri ng “acquired immunity” laban sa mga phage. Ang CRISPR ay matatagpuan sa humigit-kumulang 50% ng mga nasuring bacterial genome.

Sa pag-iisip kung gaano kalaganap ang mga CRISPR system, at kung gaano kahalaga ang mga ito laban sa viral infections o bakterya, maaaring hindi nakapagtataka na mayroon silang iba pang karagdagang antiviral na katangian.

Maaaring Harangan ng CRISPR ang mga Virus sa Pamamagitan ng Paghinto ng Paggana ng Selula

CRISPR Bilang Kolektibong Immune System ng Bakterya

Ang iba pang mga gawain bukod sa “genetic scissor” para sa mga CRISPR system ay unti-unting nauunawaan, lalo na dahil sa pagsisikap ng Laboratory of Bacteriology ng Rockefeller na pinamumunuan ni Pr. Luciano Marraffini.

Pinagmulan: Amacad

Nagtuon sila lalo sa isang klase ng mga molekula sa CRISPR-Cas10 systems na tinatawag na CARF effectors, na mga protina na na-activate kapag may phage infection sa isang bakterya.

CARF effectors ay may iba’t ibang pamamaraan upang maabot ang parehong layunin: itigil ang aktibidad ng selula. Habang humihinto ang DNA replication at protein production sa mga impeksyong selula, humihinto rin ang produksyon ng virus.

“Ang kolektibong gawain ng aming mga laboratoryo ay nagpapakita kung gaano kaepektibo—at kakaiba—ang mga CARF effectors na ito. Ang saklaw ng kanilang molekular na aktibidad ay kamangha-mangha.”

Pr. Luciano Marraffini – Rockefeller’s Laboratory of Bacteriology

Ang epekto na ito ay hindi direktang nagpoprotekta sa lahat ng ibang bakterya sa paligid at sa huli ay halos katulad ng prinsipyo ng immune system ng mga mammal na lymphocytes NK (Natural Killer) na pumapatay ng mga impeksyong selula (at mga selulang kanser) upang pigilan ang pagkalat ng virus.

Protein na Cat1: Ang Susi sa Bagong Kasanayan ng CRISPR

Katulad ng maraming kamakailang tuklas sa biotech, tumulong ang mga advanced AI tool sa mga mananaliksik na makahanap ng karayom sa dayami. Sa kasong ito, ito ay isang tool na tinatawag na Foldseek, isang search program batay sa Google’s (GOOGL ) AlphaFold tool upang hulaan ang 3D configuration ng mga protina.

Sa halip na ikumpara ang mga protein sequence, ikinumpara ng Foldseek ang kanilang 3D structure, na nagpapataas ng tsansa na makahanap ng mga protina na functional na magkatulad, kahit na gumagamit ng ibang amino acid sequence. Binabawasan ng Foldseek ang oras ng computation ng apat hanggang limang order ng magnitude kumpara sa mga nakaraang pamamaraan.

Pinagmulan: ResearchGate

Sa pamamagitan ng Foldseek, natagpuan ng mga mananaliksik ang isang protina na malamang na CARF effector na tinawag nilang Cat1, na napatunayang may napaka-tumpak na activation system.

Ang protinang ito ay naalerto sa presensya ng virus ng mga secondary messenger molecules na tinatawag na cyclic tetra-adenylate, o cA4. Pagkatapos ay pinapababa ng Cat1 ang isang mahalagang metabolite sa selula na tinatawag na NAD+.

“Kapag naputol ang sapat na dami ng NAD+, ang selula ay pumapasok sa isang growth-arrest state.

Sa pag-pause ng paggana ng selula, hindi na makakapag-propagate ang phage at hindi na ito makakalat sa natitirang populasyon ng bakterya.”

Christian Baca – TPCB graduate student.

Ano ang Ipinapakita ng Estruktura ng Cat1

Tulad ng madalas, habang dumarami ang mga siyentipikong tuklas, dumarami rin ang mga bagong tanong.

Sa pag-aaral ng aktwal na estruktura ng Cat1, natuklasan ng mga mananaliksik na ito ay may kakaibang hugis.

Dalawang kopya ng Cat1 ay pinagdikit ng cA4 signal molecule, na bumubuo ng mahabang filament kapag may viral infection, at hinuhuli ang mga NAD+ metabolite sa mga malagkit na molecular pocket. Nagsasama pa ito ng mas komplikadong estruktura sa antas ng selula.

“Ang mga filament ay nag-iinteract sa isa’t isa upang bumuo ng trigonal spiral bundles, at ang mga bundles na ito ay maaaring lumawak upang bumuo ng pentagonal spiral bundles,”

Puja Majumder – Postdoctoral research scholar in the Patel Lab

Pinagmulan: Rockefeller’s Laboratory of Bacteriology

Maaari Bang Gumana ang mga Antiviral na Kasanayang Ito sa Tao?

Ang napaka-komplikado at malawak na hanay ng mga antiviral na kakayahan ng mga CRISPR system sa bakterya ay nagbubukas ng tanong: Maaari ba itong gumana para sa mga tao rin?

Siyempre, ito ay isang ideyang napag-usapan na, lalo na dahil ang mga virus ay mas mahirap labanan kaysa sa mga impeksiyon ng bakterya, kung saan ang mga antibiotics ay (sa karamihan) epektibo.

Isang posibilidad ay ang genome editing upang gamutin ang mga chronic viral infection tulad ng HIV, SARS-CoV-2, at hepatitis viruses. Ang mga virus tulad ng smallpox at monkeypox ay maaaring gamutin din sa ganitong paraan.

Ang mas mataas na antas ng pag-unawa sa mga CRISPR system ay maaari ring makatulong sa pagdagdag ng mga functionality o pagbawas ng side effects ng umiiral na CRISPR-based gene therapy, na ginagawa itong mas mahusay na therapeutic tool.

Pamumuhunan sa mga Teknolohiyang CRISPR

CRISPR Therapeutics

Ang nagtatangi sa CRISPR Therapeutics ay ang all-star na koponan ng mga tagapagtatag, na kinabibilangan ni Dr. Emmanuelle Charpentier, na ang seminal na pananaliksik ay nagbunyag ng mga pangunahing mekanismo ng teknolohiyang CRISPR-Cas9.

Naglunsad ito ng pundasyon para sa paggamit ng CRISPR-Cas9 bilang isang versatile at tumpak na gene-editing tool. Maraming parangal ang kinilala ang kanyang trabaho, kabilang ang ang 2020 Nobel Prize in Medicine at ang Breakthrough Prize sa Life Science.

Ang CRISPR Therapeutics ay nagde-develop ng isang epektibo at versatile na CRISPR/Cas9 gene-editing platform para sa mga therapy na maggagamot ng hemoglobinopathies, kanser, diabetes, at iba pang sakit.

Ang unang therapy na kanilang pinapaunlad ay targeting ang mga blood disease na β-thalassemia at sickle cell disease.

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

Bagaman ang sickle cell ay isang sakit na may marahil maliit na merkado, kapag naging mature na ang teknolohiya maaari silang mag-target ng iba pang disease vectors.

Bilang unang kumpanya na may aprubadong CRISPR therapy, ang CRISPR Therapeutics ay nasa magandang posisyon upang maging una sa paglikha ng positibong cash flow mula sa teknolohiya at palawakin pa ang mga aplikasyon nito.

At ang kahanga-hangang track record na ito ay malamang na gagawing partner of choice ang kumpanya para sa anumang ibang pharmaceutical company na nais makasabay sa CRISPR therapies.

Pinakabagong CRISPR Therapeutics (CRSP) Balita sa Stock at Mga Pag-unlad

Pag-aaral na Binanggit:

^{1. Christian F. Baca et al. Ang Cat1 ay bumubuo ng mga filament network upang sirain ang NAD+ sa panahon ng type III CRISPR-Cas antiviral response. Science 10 Apr 2025. DOI: 10.1126/science.adv9045}