Den senaste genredigeraren förbättrar CRISPR radikalt

Konceptuell illustration av två burkar, en vanlig Crispr, en Prime Ms Tech

Trots all sin välförtjänta berömmelse är genredigeringsverktyget CRISPR i verkligheten ganska hårt mot genomet. Det är en DNA-sax som skär den dubbla helixen, och det som kallas redigering är faktiskt en cells förhastade försök att lappa ihop saker igen. Det introducerar fel: kritiker har till och med kallat dessa oförutsägbara förändringar för en form av genomvandalism.

Så forskare letar efter sätt att få CRISPR att leva upp till sitt rykte som en riktig sök-och-ersätt-funktion för gener. Med David Lius ord, biolog från Harvard University, är genomingenjörernas ultimata strävan förmågan att göra praktiskt taget vilken målinriktad förändring som helst i genomet hos vilken levande cell eller organism som helst.

Idag, i den senaste – och kanske viktigaste – av de senaste förbättringarna av CRISPR-teknologin, introducerar Liu prime-editering, en molekylär pryl som han säger kan skriva om alla typer av genetiska fel utan att faktiskt klippa av DNA-strängen, som CRISPR gör.

Den nya tekniken använder ett konstruerat protein som, enligt en rapport av Liu och 10 andra idag i tidskriften Nature, kan omvandla vilken enskild DNA-bokstav som helst till vilken som helst, samt lägga till eller ta bort längre sträckor. Faktum är att Liu hävdar att den kan reparera nästan vilken som helst av de 75 000 kända mutationer som orsakar ärftlig sjukdom hos människor.

CRISPR 1.0 utnyttjas oftast för att inaktivera gener – vilket gör det användbart för forskning och möjligen för att behandla en delmängd av sjukdomar där en DNA-raderingsknapp är vad som krävs. Mer omfattande genersättningar är också möjliga med detta verktyg men är inte lätta att kontrollera.

Den nya tekniken, som ger en bredare meny av redigeringar med mer finess, är redan värd otaliga summor pengar. Redan innan tidningen publicerades hade ett syndikat av riskkapitalister, inklusive Newpath, Googles riskarm och F-Prime, bildat ett företag, Prime Medicine, och köpt rättigheterna till det från Broad Institute, där Liu har ett labb.

Företaget är väldigt nytt – ingen plats än, inga anställda – så vi måste vänta med att ta reda på om det kommer att vara det senaste att försöka utveckla CRISPR-läkemedel eller kommer att göra något annat. Robert Nelsen, en partner på Arch Venture Partners, en fond som också är involverad i affären, mailade för att säga att han inte kunde ge mer detaljer. Underbar tid i den vetenskapliga världen, skrev han. Vi säger ingenting just nu.

Hur fungerar prime-editering?

Det är en typ av CRISPR eftersom det använder samma bakteriella mirakelprotein, Cas9, som kan nollställa sig på en förutbestämd plats i ett växt- eller djurgenom och letar sig fram bland miljarder bokstäver. Men till skillnad från CRISPR classic bryter inte prime-editering DNA-helixen.

Liu och hans grupp behöll den del av Cas9 som fungerar som en målsökningsmekanism men tog bort saxdelen – en komponent som kallas nukleas. I dess ställe skarvade de ett annat enzym, omvänt transkriptas, välkänt i biologiläroböcker eftersom det är det som tuffar längs dina kromosomer när dina celler delar sig och spolar ut en ny kopia.

En dokumentredigerare är verkligen den rätta bilden om du vill föreställa dig hur Lius nya konstruerade molekyl fungerar. Först lägger forskare till lite genetisk text de vill lägga in i ett genom (tänk på det som kopieringskommandot). Cas9 fungerar sedan som markören och hittar rätt position i DNA:t. Sist, omvänt transkriptas fungerar som ett klistra kommando, kopierar in den genetiska texten som utarbetats av forskarna.

Lius team, inklusive postdoc Andrew Anzalone, försökte prime redigering på celler i deras labb. De säger att de fixade felet som orsakar sicklecellssjukdom (en fel bokstav), det som leder till Tay-Sachs sjukdom (fyra extra bokstäver) och en mutation som är en vanlig orsak till cystisk fibros (tre bokstäver saknas).

Den ursprungliga CRISPR kan göras för att göra några av dessa trick också, men med låga odds för korrekta resultat, vilket är anledningen till att Lius labb under de senaste åren hade försökt att utöka teknikens förmågor. En tidigare uppfinning, basredigering, gjorde det möjligt för dem att omvandla vissa individuella DNA-bokstäver till andra. Ändå var inte alla typer av förändringar möjliga. Prime-redigering, säger de, kan tänkas reparera de flesta ärvda DNA-fel som finns hos den mänskliga arten som orsakar genetisk sjukdom.

De stora summorna som är inblandade i kampen för att kommersialisera redigeringssuperverktyg är uppenbara i börsintroduktionsplanerna för Beam Therapeutics, ett separat företag som Liu grundade för att arbeta med basredigering, vilket också har hjälpt till att främja prime-redigering. Harvard-forskarens finansiella andel i det genredigeringsföretaget, som syftar till att behandla blodsjukdomar som sickle-cell, förväntas vara värt mer än 50 miljoner dollar när Beam offentliggörs.

Löftet att potentiellt lösa hela spektrumet av ärftliga mänskliga sjukdomar är enormt, men i praktiken är det fortfarande avlägset. Redigeringsverktyg är inte som aspirin, en liten molekyl som lätt glider in i cellerna. Den främsta redaktören är, i molekylära termer, gigantisk - så att få in den i människors celler kommer att kräva något som genterapi.

Forskningen betalades av regeringen och filantroper och utfördes vid Harvard och det ideella Broad Institute. Systemet kommer att göras tillgängligt för bara några dollar genom ett clearinghus, Addgene , för alla som vill använda det för grundläggande vetenskap.

Eftersom CRISPR 1.0, basredigering och prime-redigering var och en har vissa för- och nackdelar, förväntar Liu att alla kommer att fortsätta att användas. Med prime-redigering tar inte varje cell upp den önskade förändringen - vilket betyder att den ännu inte är så effektiv som forskare skulle vilja.

Det här är början snarare än slutet, sa Liu till journalister i ett konferenssamtal arrangerat av Nature. Om CRISPR är som en sax, är basredigerare som en penna. Då kan du tänka på prime editors som en ordbehandlare, som kan exakt söka och ersätta ... Alla kommer att ha roller.

När genomredigering blir mer potent, kommer kontroverser kring vissa potentiella användningsområden - t.ex. att göra designerbebisar, genetiska bekämpningsmedel eller till och med bioterrorvapen - sannolikt skärpas.

Liu svarade inte på frågor om huruvida det kraftfulla nya verktyget har några nackdelar eller hur ekonomiska incitament formar valet att skapa och sprida dessa sätt att förändra den molekyl som allt liv bygger på.

Dölj