„2010-ųjų pabaigoje Šanchajaus laboratorijoje gimė aštuonios makakos beždžionės. Iš pradžių jos atrodė panašios į kitus kolonijos kūdikius, tačiau netrukus išryškėjo skirtumai. Naktimis jos buvo daug aktyvesnės nei jų bendraamžiai. Jų hormonai taip pat neįprasti. Melatoninas, kuris paprastai svyruoja kartu su dienos ir nakties hormonu, buvo stresas ir padeda miegui. amžinai aukštas. Tada jų elgesys pasikeitė: jie ilgą laiką sėdėjo sustingę kampuose, išsigandę bėgo nuo savo prižiūrėtojų ir pradėjo palaidoti savo mažas galvas – tai psichikos ligos požymiai.
Jų negalavimo priežastis buvo genetinis eksperimentas. Kai beždžionės buvo vienaląsčiai embrionai, mokslininkai naudojo CRISPR redagavimo įrankius, kad nutildytų arba „išmuštų“ geną, padedantį reguliuoti vidinį kūno laikrodį. Jo sutrikimas yra susijęs su psichikos ligomis, tokiomis kaip bipolinis sutrikimas, kurį, žinoma, sunku ištirti genetiniu ir molekuliniu lygmenimis. Labai nemalonus Šanchajaus makakų gyvenimas yra dalis pastangos suprasti, kaip genai formuoja smegenų sutrikimus, ir sukurti jiems vaistus.
Tai buvo galima padaryti naudojant senas technologijas, tačiau tai būtų buvę daug pastangų reikalaujanti. Mokslininkai gali išvesti išmušimus naudodami „genų taikymą“ – tai labai neefektyvus procesas, kurio metu DNR pirmiausia įterpiama į kamienines ląsteles, o paskui į embrionus. Pelėms tai užtrunka metus. CRISPR gali atlikti darbą per mėnesį. Tas pats pasakytina ir apie genetinių mutacijų pridėjimą arba „įsilietimą“. Manipuliacijos tiek gyvūnais, tiek ląstelėmis tapo tokios greitos ir lengvos, kad mokslininkai gali modeliuoti daugybę ligų laboratorijoje, atskirti sudėtingus genetinius mechanizmus ir sukurti didžiulius tyrimus, siejančius genus su ligomis.
Laikykite ančiuvius
CRISPR gali būti medicinos ir žemės ūkio transformacijos viršūnėje, tačiau tyrimai jau pasikeitė. Beveik 9000 mokslinių straipsnių savo santraukose paminėjo CRISPR priemones 2024 m., palyginti su 300 2013 m.
Nuo 2012 m. Addgene, ne pelno siekianti DNR reagentų saugykla, išsiuntė daugiau nei 300 000 CRISPR preparatų 5 000 organizacijų maždaug 100 šalių. „Galite tiesiog užsisakyti viską, ko reikia“, – sako Robin Lovell-Badge, vystymosi biologė iš Franciso Cricko instituto Londone. CRISPR RNR gauti taip pat sunku, kaip užsisako picų tyrinėtojai, dirbdami su genų redaktoriais iki nakties.
Tai rimtai sutaupo laiko mokslininkams, besidomintiems fundamentalia biologija, pavyzdžiui, daktarui Lovell-Badge'ui, kurio darbas susijęs su seksualiniu vystymusi. Dešimtajame dešimtmetyje jis atrado, kad Y chromosomos genas, vadinamas SRY, veikė kaip jungiklis, kuris embrionus, kurie pagal nutylėjimą vystosi kaip moterys, pavertė vyriško vystymosi keliu. Tačiau tik pasirodžius CRISPR 2010 m., jis ir kiti suprato, kaip jis iš tikrųjų veikia. Atlikdami išmušamuosius eksperimentus su pelėmis, jie parodė, kad SRY per „stiprintuvo“ geną aktyvuoja kitą geną, vadinamą SOX9, kuris galiausiai skatina sėklidžių vystymąsi.
Suaktyvinkite SOX9 su CRISPR ir „dabar gausite XY patelių“, – sako jis. Kartais tai vyksta natūraliai žmonėms. Kiti mokslininkai neseniai patikrino saujelės žmonių, kuriems pasireiškė priešingos jų chromosominės lyties seksualinės savybės, genomus. Jų mutacijos buvo beveik tokios pačios, kaip ir tų, kurias daktaras Lovell-Badge'as įdėjo į savo pelės embrionus su CRISPR. Tie žmonės dabar žino genetinę savo neįprasto vystymosi priežastį.
Kiekvienas turi savo genetinius variantus, dažniausiai kai viena bazė buvo pakeista kita. Nors visus šiuos variantus galima lengvai rasti nustatant genomo seką, dažnai nežinoma, kurie yra gerybiniai, o kurie žalingi. Tačiau pastaraisiais metais CRISPR paspartino užduotį juos atskirti. Dr. Lovell-Badge'o kolega iš Crick instituto Gregas Findlay naudoja šį įrankį milžiniškai užduočiai spręsti: jis nori suprasti kiekvieną žmogaus genomo variantą, susijusį su liga.
Skaičiuojant tik genų, kurie yra susiję su liga, mutacijas, tai reikštų 30 mln. DNR variantų, sako dr. Findlay. Naudodamas CRISPR ir naujo tipo genų redagavimą, vadinamą pirminiu redagavimu, jis dabar vykdo didžiulius, didelio našumo atrankos eksperimentus, kurių metu tūkstančiai variantų yra išmušami į ląsteles ir analizuojami. „Mes perėjome nuo šių genetikos variantų bandymų po vieną prie didelių telkinių bandymų“, - sako jis. "Dabar mes bandome atlikti eksperimentus, kuriuose yra beveik 100 000 variantų."
Jo rezultatai pradėjo paaiškinti anksčiau gluminančius simptomus. 2024 m. jis paskelbė dokumentą, kuriame nagrinėjami 2 268 VHL, geno, susijusio su navikų slopinimu, variantai ir parodė, kaip konkretūs variantai sukelia skirtingas inkstų vėžio formas ir sunkumo laipsnius. Daugiau tokių CRISPR palaikančių masinių ekranų gali padėti gydytojams patikrinti variantus ir atitinkamai pakoreguoti gydymą.
Tačiau net jei daktaras Findlay gali išplėsti savo eksperimentus, darbas yra tikriausiai per didelis. Yra didelių genomo dalių, kurios yra menkai suprantamos ir kuriose gali būti daug ligas sukeliančių variantų. Ir keli to paties geno – arba skirtingų – variantai gali sąveikauti. „Net jei galėtume išbandyti milijoną variantų, tai vis tiek nė iš tolo neprilygsta 10 mlrd. ar bet ko, kas įmanoma“, – sako jis.
Siekdamas sumažinti apkrovą, jis planuoja pateikti savo duomenis dirbtinio intelekto (AI) modeliui. Jei modelis mokysis visos jau sugeneruotos informacijos, jis tikisi, kad tai leis vis tikslesnes prognozes apie mutacijas, kurių jis dar neišbandė. „Google“ dirbtinio intelekto įmonė „DeepMind“ 2023 m. išleido modelį „Alpha Missense“, kuris atlieka tokio pobūdžio prognozes. Jis buvo lyginamas su eksperimentiniu duomenų rinkiniu, kuriam sugeneruoti prireikė dešimties metų, tačiau dabar įmanomi didžiuliai genų redagavimo ekranai, tokio dydžio duomenų rinkinį galima sukurti per porą mėnesių, sako jis.
Aš esu tas, kuris beldžiasi
Jis nėra vienintelis, kuriam energijos suteikia CRISPR potencialas kurti didelius genetinius ekranus. Silvana Konermann, Kalifornijos pelno nesiekiančio tyrimų instituto „Arc Institute“ direktorė ir viena iš įkūrėjų, sukūrė CRISPR ekraną, naudodama įrankį, galintį sistemingai įjungti genus arba padidinti jų aktyvumą – ką galima pavadinti „numušimu“. Tokios galios reiškia, kad ji gali apversti tradicinį CRISPR ekraną ant galvos. Užuot pradėjusi nuo genetinio varianto ir pažiūrėti, koks yra jo rezultatas, ji gali įvertinti įvykį, pvz., sąlytį su vaistu ar patogenu, ir pamatyti, kurie genai veikia, o kurie neturi įtakos organizmo reakcijai.
Paimkite SARS-CoV-2. 2022 m. Dr Konermann ir jos Arc įkūrėjas Patrickas Hsu sukūrė CRISPR ekraną, kuriame žmogaus plaučių ląstelės turėjo genus, kuriuos išmušė klasikinis CRISPR, arba buvo išmuštas naudojant aktyvinimo įrankį. Tada ląstelės buvo užkrėstos SARS-CoV-2, ir komanda galėjo pasakyti, kurie genai žmogaus ląstelėse padėjo ar trukdė virusui. Virusas stengėsi užkrėsti ląsteles, kuriose buvo aktyvesni už gleivių baltymų gamybą atsakingi genai. Toks genų aktyvumo svyravimas galėtų padėti paaiškinti, kodėl kai kurie žmonės labai nukentėjo nuo koronaviruso, o kiti išgyveno pandemiją nepažeisti. Kai kurie tikriausiai turėjo labai aktyvius gleivių genus.
Kitas atrankos etapas yra nukreipti ne į genus, o į jų produktus. Ląstelė skaito genus ir nukopijuoja juos į RNR grandines. Kai kurios iš šių gijų tampa mRNR, kuri naudojama baltymams gaminti, tačiau dauguma išlieka RNR molekulėmis, veikiančiomis mažai suprantamais būdais. Yra CRISPR sistemų, kurios nukreiptos į RNR, o ne į DNR, įskaitant kai kurias sukurtas Dr. Konermann ir Dr Hsu. Dabar mokslininkai jas naudoja siekdami išsiaiškinti, ką šios molekulės veikia. Daugelis šių keistų RNR buvo susijusios su ligomis, įskaitant psichikos ligas, tokias kaip bipolinis sutrikimas. Jei kas nors pasirodys esąs tinkamas narkotikų taikinys, neabejotinai CRISPRed makakų grupė rytinėje Kinijos pakrantėje bus pasirengusi tai išbandyti." [1]
1. Science superstar. The Economist; London Vol. 454, Iss. 9437, (Mar 1, 2025): 7, 8.
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą