Що таке CRISPR-Cas12a2? І чому це важливо?

Коротка історія CRISPR

CRISPR розшифровується як Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (Кластерні Регулярно Розташовані Короткі Паліндромні Повтори) – сегменти прокаріотичної ДНК, що містять короткі повторення послідовностей основ. Вони є частиною бактеріальної захисної системи, яка разом з білками, пов'язаними з CRISPR (Cas), формує основу технології редагування геному CRISPR-Cas9. Вона, по суті, впливає на генетичний матеріал вірусу, щоб зупинити його поширення.

Молекули CRISPR можна використовувати разом з білком Cas9 (Cas означає CRISPR Associated Protein) для створення технології CRISPR-Cas9. Ця технологія використовується для eдитування генів усередині живих клітин і організмів за допомогою модифікації послідовностей CRISPR.

Ключовою перевагою техніки є те, що вона дозволяє дуже точно націлитися на ділянку ДНК, яка редагується, чого попередні методи не могли впоратися. Винахідники CRISPR-Cas9 отримали Нобелівську премію з хімії 2020 року.

Але Cas-9 не єдиний можливий спосіб використання CRISPR. Існує також Cas13, який можна використовувати для редагування РНК. І той, що стосується цієї статті, Cas12a

Cas12a проти Cas9

Це пояснить Cas12a якомога більше у спосіб, зрозумілий небіохіміку, так що деякі деталі будуть дещо спрощені, і ми можемо спочатку подивитися, що таке CRISPR-Cas12a.

CRISPR-Cas12a відрізняється від системи Cas9 кількома аспектами:

• Забезпечте альтернативні місця різання, ніж Cas9.
  • Нетехнічний переклад: важкі для вирішення проблеми з Cas9 можуть працювати з Cas12a
• Він розрізає ДНК таким чином, що залишає «липку» ділянку ДНК замість «тупого» розрізу Cas9, і його можна розрізати кілька разів.
  • Нетехнічний переклад: Це призводить до підвищення шансів редагування генів.
• Немає необхідності в трансактивація crRNA (tracrRNA) для Cas12a, на відміну від Cas9. Завдяки меншому розміру це дозволить легше редагувати мультиплексний геном.
  • Нетехнічний переклад: більше одного гена можна модифікувати одночасно за допомогою CAs12a

джерело: Вікіпедія

Унікальні властивості Cas12a2

З CRISPR-Cas12a дослідники думали, що вони мають нову, дещо іншу версію тепер краще зрозумілого CRISPR-Cas9. Завдяки цим варіаціям він мав багато цікавого застосування, але основний механізм залишався незмінним.

А потім з’явився Cas12a2.

Останнє число, «2» у кінці, позначає варіант Cas12a, який, як видається, має зовсім інші властивості. Фактично, він діє інакше, ніж «звичайний» Cas12a, ніж Cas12a від Cas9.

Системи CRISPR-Cas призначені для атаки чужорідних генів і захисту бактерій від вірусів. Дослідники повторно використали цю здатність для редагування генів. Те, що робить Cas12a2, дуже відрізняється. Коли він виявляє РНК вірусу, він запускається щоб атакувати ВСІ нуклеїнові кислоти всередині клітини. У більшості випадків він вбиває уражену клітину, захищаючи решту колонії бактерій і блокуючи розмноження вірусу.

Це абсолютно новий механізм отримав місце для своїх першовідкривачів у престижному виданні Nature на початку січня 2023 року у двох різних газетах (щось дуже кар’єрне для будь-якого біолога).

Програми Cas12a2

Причина ентузіазму рецензентів Nature досить проста. Механізм cas12a2 дозволяє створити інструмент для «програмованого знищення клітин».

Перший додаток може бути набагато ефективнішим для редагування за допомогою іншого методу CRISPR. Поєднання Cas12a2 з іншими системами CRISPR-Cas може підвищити ефективність редагування генів CRISPR шляхом контрвідбору.

Він також може бути дуже ефективним у виявленні РНК вірусу. Отже, а Друге застосування полягає в тому, що CAs12a2 можна перетворити на квазіідеальний тест для виявлення вірусус. Опублікована стаття вже демонструє підтвердження цієї ідеї.

Тести на основі CAs12a2 поєднує в собі дуже високу чутливість ПЛР-тесту з легкістю та дешевизною домашнього тесту. Все це без використання складного обладнання.

Найкраще те, що його можна налаштувати для виявлення практично будь-яких РНК-вірусів, сімейства, яке містить такі віруси, як COVID-19, грип, лихоманка Ебола та Зіка, а також будь-які мутації, які уникнуть початкової серії тестів.

Все, що потрібно для розробки нового тесту, це знати геном вірусу та розробити власні послідовності crRNA. Це можна зробити лише за кілька тижнів, як показала нам пандемія.

Таким чином, на поточному рівні розуміння Cas12a2, тестування здається простим застосуванням.

Третім можливим застосуванням може бути використання CRISPR-Cas12a2 для лікування ракуТеоретичним прикладом може бути програмування Cas12a2 на реакцію на генетичні послідовності, специфічні лише для ракової клітини, змушуючи ракову клітину «самогубитися». Однак це застосування може бути більш пізнім, ніж інші, через складність генетики ракових клітин.

Інвестиційний винос

Технологія CRISPR все ще перебуває в зародковому стані, і їй необхідно розкрити абсолютно нові механізми. Досліднику, який працював над Cas12a2, знадобилося 7 років, щоб отримати достатньо хороші результати, щоб зрозуміти це. CRISPR-Cas12a2 щойно опубліковано, і до комерціалізації ще далеко. Я не здивуюся, якщо інші варіанти систем CRISPR-Cas все ще приховані в попередніх результатах інших дослідницьких груп по всьому світу.

Cas12a2 буде місцем для уважного вивчення в контексті технології тестування, створюючи потенційну загрозу для тестування на антигени та ПЛР-тестування в довгостроковій перспективі.

Його також можна поєднувати з іншими методами CRISPR, щоб зробити їх ефективнішими або вирішити технічні блокпости. Загалом Cas12a2 здається вагомою причиною бути більш оптимістичним щодо технології CRISPR загалом та її потенціалу змінити медицину. Включно з тестуванням, чого ніхто навіть не передбачав до січня 2023 року.

Editas Medicine (EDIT) є однією з компаній, яка в даний час працюють над цією технологією.