Το εργαλείο γονιδιακής επεξεργασίας CRISPR-Cas9, χαρακτηρίζεται από τις μεγαλύτερες επιστημονικές εξελίξεις της περασμένης δεκαετίας, που χάρισε στους επιστήμονες που το ανακάλυψαν το Νόμπελ Χημείας.

Οι επιστήμονες μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για να κάνουν αποτελεσματικές επεξεργασίες κοπής και επικόλλησης σε ανθρώπινα κύτταρα, κάτι που θα μπορούσε πιθανώς να βοηθήσει, όπως αναφέρεται, στη θεραπεία ενός τεράστιου φάσματος ασθενειών, στη βελτίωση των καλλιεργειών, στον έλεγχο παρασίτων και στη χειραγώγηση βακτηρίων.


Το σύστημα περιέχει ένα οδηγό RNA που στοχεύει ένα τμήμα του DNA, όπως αυτό που προκαλεί ασθένεια, και στη συνέχεια χρησιμοποιεί ένα ένζυμο, συνήθως Cas9, για να αποκόψει αυτήν την αλληλουχία και να την αντικαταστήσει με κάτι πιο ωφέλιμο, όπως αναφέρεται. Πιο πρόσφατα, εναλλακτικές λύσεις για το Cas9 αναπτύχθηκαν με άλλες ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένων υψηλότερης ακρίβειας ή μεγαλύτερης επεξεργασίας.

Ερευνητές στο Broad Institute, το MIT και τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (NIH) χρησιμοποίησαν έναν αλγόριθμο για την αναζήτηση νέων συστημάτων CRISPR. Στη φύση, το CRISPR είναι ένα εργαλείο αυτοάμυνας που χρησιμοποιείται από βακτήρια, έτσι η ομάδα πραγματοποίησε μια βαθιά κατάδυση σε τρεις βάσεις δεδομένων βακτηρίων, που βρέθηκαν σε περιβάλλοντα τόσο διαφορετικά όπως οι λίμνες της Ανταρκτικής, τα ζυθοποιεία και το σάλιο σκύλου. Ο αλγόριθμος είναι χτισμένος γύρω από μια τεχνική που ονομάζεται κατακερματισμός ευαίσθητης τοποθεσίας, η οποία ομαδοποιεί παρόμοια αντικείμενα και σε αυτήν την περίπτωση, η ομάδα τον έβαλε να αναζητήσει γονίδια που συνδέονται με το CRISPR.

Μέσα σε λίγες εβδομάδες, το σύστημα αναγνώρισε χιλιάδες συστήματα CRISPR, συμπεριλαμβανομένων 188 που προηγουμένως ήταν άγνωστα στην επιστήμη. Σε εργαστηριακές δοκιμές επέδειξαν μια σειρά λειτουργιών και έπεσαν τόσο σε γνωστές όσο και σε ολοκαίνουργιες κατηγορίες.

Αρκετά ανήκαν σε μια κατηγορία που ονομάζεται συστήματα CRISPR τύπου I, τα οποία έχουν μεγαλύτερες ακολουθίες καθοδήγησης RNA από το Cas9. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να κατευθύνονται στους στόχους τους με μεγαλύτερη ακρίβεια, μειώνοντας τον κίνδυνο αλλαγών εκτός στόχου – ένα από τα κύρια προβλήματα με την επεξεργασία γονιδίων CRISPR. Σε δοκιμές, δύο από αυτά τα συστήματα Τύπου Ι βρέθηκαν να είναι ικανά να επεξεργάζονται ανθρώπινα κύτταρα και το μέγεθός τους θα πρέπει να τους επιτρέπει να παραδοθούν στις ίδιες συσκευασίες που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος για το CRISPR-Cas9.

Ένα άλλο σύστημα Τύπου Ι έδειξε αυτό που είναι γνωστό ως «παράπλευρη δραστηριότητα», που διασπά τα νουκλεϊκά οξέα μετά τη δέσμευση στο στόχο. Αυτός ο μηχανισμός έχει χρησιμοποιηθεί προηγουμένως σε διαγνωστικά εργαλεία όπως το SHERLOCK για την αναγνώριση ασθενειών από δείγματα τόσο λίγα όσο ένα μόνο μόριο DNA ή RNA.

Ένα σύστημα τύπου VII βρέθηκε να στοχεύει το RNA, το οποίο θα μπορούσε να ξεκλειδώσει μια σειρά από νέα εργαλεία μέσω της επεξεργασίας RNA. Άλλα θα μπορούσαν να προσαρμοστούν για να καταγράφουν όταν εκφράζονται ορισμένα γονίδια ή ως αισθητήρες για δραστηριότητα στα κύτταρα.

Όχι μόνο αυτή η μελέτη επεκτείνει πολύ το πεδίο των πιθανών εργαλείων επεξεργασίας γονιδίων, αλλά δείχνει ότι η εξερεύνηση μικροβιακών οικοσυστημάτων σε σκοτεινά περιβάλλοντα θα μπορούσε να αποδώσει, έχοντας μάλιστα πιθανά οφέλη για τον άνθρωπο.

«Μερικά από αυτά τα μικροβιακά συστήματα βρέθηκαν αποκλειστικά σε νερό από ανθρακωρυχεία», δήλωσε ο Soumya Kannan, συν-πρώτος συγγραφέας της μελέτης. «Αν κάποιος δεν ενδιαφερόταν για αυτό, μπορεί να μην είχαμε δει ποτέ αυτά τα συστήματα. Η διεύρυνση της ποικιλομορφίας δειγματοληψίας μας είναι πραγματικά σημαντική για να συνεχίσουμε να επεκτείνουμε την ποικιλομορφία αυτών που μπορούμε να ανακαλύψουμε».

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science.

(photo: freepik)