CRISPR-Cas12a2 คืออะไร? & ทำไมมันถึงสำคัญ?

ประวัติโดยย่อของ CRISPR

CRISPR ย่อมาจาก Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats ซึ่งเป็นส่วนของดีเอ็นเอโพรคาริโอตที่มีลำดับเบสซ้ำกันสั้นๆ ลำดับเบสเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของระบบป้องกันแบคทีเรีย ซึ่งเมื่อรวมกับโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับ CRISPR (Cas) จะเป็นพื้นฐานของเทคโนโลยีการตัดแต่งจีโนม CRISPR-Cas9 โดยพื้นฐานแล้ว CRISPR-CasXNUMX จะมุ่งเป้าไปที่สารพันธุกรรมของไวรัสเพื่อหยุดยั้งการแพร่กระจาย

โมเลกุล CRISPR สามารถใช้ร่วมกับโปรตีน Cas9 (Cas หมายถึง CRISPR Associated Protein) เพื่อสร้างเทคโนโลยี CRISPR-Cas9 เทคโนโลยีนี้ถูกยกระดับเพื่อ eย่อยยีนภายในเซลล์และสิ่งมีชีวิต โดยใช้การแก้ไขลำดับ CRISPR

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของเทคนิคนี้คือสามารถกำหนดเป้าหมายพื้นที่ DNA ที่กำลังได้รับการแก้ไขได้อย่างแม่นยำ ซึ่งเป็นสิ่งที่เทคนิคก่อนหน้านี้ไม่สามารถจัดการได้ ผู้ประดิษฐ์ CRISPR-Cas9 ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2020

แต่ Cas-9 ไม่ใช่วิธีเดียวที่เป็นไปได้ในการใช้ CRISPR นอกจากนี้ยังมี Cas13 ซึ่งสามารถใช้สำหรับแก้ไข RNA ได้ และที่เกี่ยวข้องกับบทความนี้ Cas12a

Cas12a กับ Cas9

สิ่งนี้จะอธิบาย Cas12a ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในลักษณะที่นักที่ไม่ใช่นักชีวเคมีสามารถเข้าใจได้ เพื่อให้รายละเอียดบางอย่างง่ายขึ้น และก่อนอื่นเรามาดูกันว่า CRISPR-Cas12a คืออะไร

CRISPR-Cas12a เป็นระบบที่แตกต่างจาก Cas9 ในบางประการ:

• จัดเตรียมสถานที่ตัดทางเลือกให้กับสิ่งที่ Cas9 สามารถทำได้
  • การแปลที่ไม่ใช่เชิงเทคนิค: ปัญหาที่แก้ไขยากด้วย Cas9 สามารถทำงานกับ Cas12a ได้
• โดยจะตัด DNA ในลักษณะที่ทำให้ส่วนที่ "เหนียว" ของ DNA แทนที่จะเป็นการตัด Cas9 แบบ "ทื่อ" และสามารถตัดได้หลายครั้ง
  • การแปลที่ไม่ใช่เชิงเทคนิค: ส่งผลให้มีโอกาสเกิดการแก้ไขยีนได้มากขึ้น
• ไม่จำเป็นต้องมี การทำธุรกรรม crRNA (tracrRNA) สำหรับ Cas12a ตรงกันข้ามกับ Cas9 เนื่องจากขนาดที่เล็กกว่า จึงทำให้สามารถแก้ไขจีโนมมัลติเพล็กซ์ได้ง่ายขึ้น
  • การแปลที่ไม่ใช่เชิงเทคนิค: สามารถแก้ไขได้มากกว่าหนึ่งยีนในคราวเดียวด้วย CAs12a

ที่มา: วิกิพีเดีย

คุณสมบัติเฉพาะของ Cas12a2

ด้วย CRISPR-Cas12a นักวิจัยคิดว่าพวกเขามีเวอร์ชันใหม่ที่แตกต่างออกไปเล็กน้อยของ CRISPR-Cas9 ที่ตอนนี้เข้าใจดีกว่าแล้ว มันมีการใช้งานที่น่าสนใจมากมายเนื่องจากรูปแบบเหล่านี้ แต่มันก็ยังคงเป็นกลไกพื้นฐานเดียวกัน

และแล้วก็มาถึง Cas12a2

ตัวเลขสุดท้ายที่ต่อท้ายคือ “2” มีไว้สำหรับ Cas12a รุ่นหนึ่งซึ่งดูเหมือนจะมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันมาก ในความเป็นจริง มันทำหน้าที่แตกต่างจาก Cas12a “ปกติ” มากกว่าที่ Cas12a มาจาก Cas9

ระบบ CRISPR-Cas ได้รับการออกแบบมาเพื่อโจมตียีนแปลกปลอมและปกป้องแบคทีเรียจากไวรัส นักวิจัยได้นำความสามารถนี้กลับมาใช้ใหม่ในการแก้ไขยีน สิ่งที่ Cas12a2 ทำแตกต่างกันมาก เมื่อตรวจพบ RNA ของไวรัส ก็จะเริ่มทำงาน เพื่อโจมตีกรดนิวคลีอิกทั้งหมดภายในเซลล์. โดยส่วนใหญ่แล้วมันจะฆ่าเซลล์ที่ได้รับผลกระทบ ปกป้องส่วนที่เหลือของอาณานิคมแบคทีเรีย และปิดกั้นการจำลองแบบของไวรัส

กลไกใหม่ทั้งหมดนี้ ทำให้ผู้ค้นพบมีตำแหน่งในสิ่งพิมพ์อันทรงเกียรติ Nature เมื่อต้นเดือนมกราคม พ.ศ. 2023 ในเอกสาร 2 ฉบับที่แตกต่างกัน (เป็นการสร้างอาชีพให้กับนักชีววิทยา)

การใช้งาน Cas12a2

เหตุผลที่อยู่เบื้องหลังความกระตือรือร้นของผู้ตรวจสอบ Nature นั้นค่อนข้างง่าย กลไก cas12a2 ช่วยให้สามารถสร้างเครื่องมือเพื่อ "ฆ่าเซลล์แบบโปรแกรมได้"

แอปพลิเคชันแรกอาจมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการแก้ไขโดยใช้วิธี CRISPR อื่น. การรวม Cas12a2 เข้ากับระบบ CRISPR-Cas อื่นๆ สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของการแก้ไขยีน CRISPR ได้โดยการเลือกแบบเคาน์เตอร์

นอกจากนี้ยังอาจมีประสิทธิภาพมากในการตรวจหา RNA ของไวรัส ดังนั้น ก แอปพลิเคชันที่สองคือ CAs12a2 สามารถเปลี่ยนเป็นการทดสอบกึ่งสมบูรณ์แบบเพื่อตรวจจับไวรัสส. บทความที่ตีพิมพ์ได้แสดงให้เห็นข้อพิสูจน์แนวคิดของแนวคิดนี้แล้ว

การทดสอบที่ใช้ CAs12a2 จะรวมความไวที่สูงมากของการทดสอบ PCR เข้ากับความง่ายและราคาถูกของการทดสอบที่บ้าน. โดยไม่ต้องใช้เครื่องจักรที่ซับซ้อน

ส่วนที่ดีที่สุดคือสามารถปรับให้ตรวจจับไวรัส RNA ทุกชนิด ซึ่งเป็นกลุ่มที่มีไวรัส เช่น โควิด-19 ไข้หวัดใหญ่ อีโบลา และซิกา รวมถึงการกลายพันธุ์ใดๆ ที่จะหลีกเลี่ยงการทดสอบชุดแรก

สิ่งที่จำเป็นในการออกแบบการทดสอบแบบใหม่คือการรู้จักจีโนมของไวรัสและออกแบบลำดับ crRNA เฉพาะ ซึ่งเป็นสิ่งที่สามารถทำได้ภายในเวลาเพียงไม่กี่สัปดาห์ ดังที่การระบาดใหญ่ได้แสดงให้เห็นแล้ว

ดังนั้นในระดับความเข้าใจในปัจจุบันของ Cas12a2 การทดสอบดูเหมือนจะเป็นแอปพลิเคชันที่ไม่ซับซ้อน

การใช้งานที่เป็นไปได้ประการที่สามคือการใช้ CRISPR-Cas12a2 ในการรักษาโรคมะเร็งตัวอย่างเชิงทฤษฎีอาจเป็นการเขียนโปรแกรม Cas12a2 ให้ตอบสนองต่อลำดับพันธุกรรมที่จำเพาะต่อเซลล์มะเร็งเท่านั้น ซึ่งบังคับให้เซลล์มะเร็ง “ฆ่าตัวตาย” อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้วิธีนี้อาจต้องใช้เวลามากกว่าวิธีอื่นๆ เนื่องจากความซับซ้อนของพันธุกรรมเซลล์มะเร็ง

การลงทุน Takeaway

เทคโนโลยี CRISPR ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น พร้อมด้วยกลไกใหม่ๆ ที่รอการเปิดเผย นักวิจัยใช้เวลา 12 ปีในการทำงานกับ Cas2a7 เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีพอที่จะเข้าใจได้ CRISPR-Cas12a2 เพิ่งเผยแพร่และยังอีกยาวไกลในการเข้าถึงเชิงพาณิชย์ ฉันจะไม่แปลกใจเลยหากระบบ CRISPR-Cas รุ่นอื่นๆ ยังคงซ่อนอยู่ในผลลัพธ์เบื้องต้นของทีมวิจัยอื่นๆ ทั่วโลก

Cas12a2 จะเป็นพื้นที่สำหรับศึกษาอย่างตั้งใจในบริบทของเทคโนโลยีการทดสอบ ซึ่งอาจเป็นภัยคุกคามต่อการทดสอบแอนติเจนและการทดสอบ PCR ในระยะยาว

นอกจากนี้ยังสามารถใช้ร่วมกับเทคนิค CRISPR อื่นๆ เพื่อให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นหรือแก้ไขอุปสรรคทางเทคนิคได้ โดยรวมแล้ว Cas12a2 ดูเหมือนเป็นเหตุผลที่ดีที่จะมองโลกในแง่ดีมากขึ้นเกี่ยวกับเทคโนโลยี CRISPR โดยทั่วไปและศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงยา รวมถึงในการทดสอบ สิ่งที่ไม่มีใครคาดคิดมาก่อนจนกระทั่งเดือนมกราคม 2023

แพทยศาสตร์ Editas (แก้ไข) เป็นหนึ่งในบริษัทที่อยู่ในปัจจุบัน ทำงานกับเทคโนโลยีนี้.