CRISPR революционицира начина, по който подхождаме към много заболявания – интервю с проф. Тони Катомен

Реинженирането на имунни клетки и модифицирането на дрожди, които да произвеждат лекарства, са само две от будещите надежда приложения на CRISPR-Cas9 технологията за редактиране на гени, казва проф. Toni Cathomen, ръководител на Institute for Cell and Gene Therapy към Университета във Фрайбург, Германия.

Проф. Toni Cathomen казва, че използването на технологията CRISPR-Cas9 за поправяне на заболявания на очите може да е нейното първо приложение в човешка тъкан. Credit: Image courtesy of Prof. Toni Cathomen
Проф. Toni Cathomen казва, че използването на технологията CRISPR-Cas9 за поправяне на заболявания на очите може да е нейното първо приложение в човешка тъкан. Credit: Image courtesy of Prof. Toni Cathomen

Системата CRISPR-Cas9 била използвана за пръв път през 2013 година за редактиране на гени, но оттогава употребата ѝ силно се е увеличила. Какво прави инструмента толкова специален в полето на генното изследване?

Нещото, което е значително различно при технологичната платформа CRISPR-Cas9 е това, че е много по-лесно за генериране на нуклеази (протеини, които се използват за нарязване на ДНК), отколкото с технологиите, които имахме преди. Така за геномното инженерство процесът на генно редактиране става много по-лесен и достъпен, отколкото с технологии като TALEN и нуклеази „цинков пръст“ (по-стари инструменти за редактиране на гени).

Преди ни отнемаше месеци да постигнем наистина добра нуклеаза „цинков пръст“, която да работи добре. Но сега това може да се случи за седмица с технологията CRISPR-Cas9. Затова е и на много по-ниска цена и спестява много време.

Самите потенциални приложения може да не са се променили, но достъпността на технологията е променила CRISPR-Cas.


РЕКЛАМА:

***

Преди само няколко лаборатории можеха да приложат конструирана нуклеаза, която да отговори на научните им въпроси. Сега има много, много лаборатории, които могат да вземат тази технология и да я приложат.

Кои са най-обещаващите области за използване на CRISPR в момента?

Най-голямо влияние досега има във фундаменталната наука, като много лаборатории са взели тази технология и я прилагат, за да получат отговори на фундаменталните си въпроси, като например да го използват да нокаутира (изключи) определени гени в култивираните клетки или цял моделелен организъм, за да преценят ефекта. Допринесла е много за създаването на генетични библиотеки, които позволяват на изследователите например да отделят клетки за определени качества и след това да се върнат да проверят коя генна модификация се е отразила в тези качества.

В приложните науки, включително медицински приложения, CRISPR-Cas е революционизирала начина, по който подхождаме към генетичните заболявания, както и към инфекциозните заболявания и дори туморите. CRISPR-Cas наистина ни позволява да модифицираме извлечени от пациента клетки, дори in vivo (в живи организми), по по-достъпен начин.

Например, едно вероятно приложение в жив организъм би било лекуването на мускулна дистрофия тип Дюшен (фатално заболяване със загуба на мускулите), като се инжектира векторът (система за доставяне на гени), за да достави CRISPR-Cas, с цел генетично да се поправят мускулните клетки.

Има възможност да се приложи CRISPR-Cas и в окото. Има няколко наследствени заболявания на очите, при които, чрез използване на технологията, можеш да изключиш проблемната мутация и по този начин ще има коригиращ ефект. Мисля, че това ще е едно от първите приложения в организма на хора.

Но има и голям потенциал да се приложи CRISPR-Cas и в други полета. Зелената биотехнология или развитието на посевите са много възможни вероятности. А също и това, което днес познаваме като бяла биотехнология, която гледа към модифицирането на дрожди или други микроорганизми, за да могат да произвеждат лекарства, базирани на протеини.

Какви други примери има за начини, по които по-добре да се използва CRISPR-Cas9 за лечение на пациентите?

Употребата на CRISPR-Cas за модифицирането и реинженирането на специфични ракови T-клетки (имунни клетки), които могат да бъдат използвани в клинични изследвания да атакуват тумори, дори солидни тумори, може да ни помогне да напреднем в това поле не малко.

Чрез модифицирането на T-клетки можем да им позволим да оцелеят много по-дълго в тялото и да преследват раковите клетки много по-агресивно. Има и възможността да се поразят специфични гени в T-клетките от здрави донори, за да се направят общи туморно-специфични T-клетки, които може да бъдат давани на пациентите с рак. Това означава, че можеш да направиш неспецифичен продукт, който може да бъде използван при всеки пациент, вместо да трябва да го приспособяваш да използва клетки от специфични пациенти всеки път. Затова ще бъде и много по-евтино.

При моето лично проучване ние сме работили с пациенти с първична имунна недостатъчност, предимно деца, които не могат да развият цялостна имунна система. Затова тези деца много бързо се разболяват от инфекции и ако не се лекуват, те ще умрат още през първата година от живота си. Обикновено трябва да трансплантираме кръвни стволови клетки от донор, за да им помогнем. Но сега работим върху кръвни стволови клетки от самите деца и използваме CRISPR-Cas, за да поправим генетично стволовите клетки извън организма, а след това ги въвеждаме повторно, за да нямат нужда децата от донор. Това е приложение, което бихме искали да видим в клиниките скоро.

Във Фрайбург също прилагаме CRISPR-Cas да модифицираме кръвни стволови клетки на пациенти с ХИВ, за да направим имунните им системи устойчиви на ХИВ инфекция.

Така че има директни приложения при човешката генна терапия и реален потенциал в изследване на геномното редактиране – сега много по-достъпно. Сред медицинското общество ние виждаме как CRISPR-Cas може да има огромно влияние върху начина, по който лекуваме пациентите в бъдеще.

Какво е предизвикателството тук?

Повечето подходи при използването на CRISPR-Cas са опитвали да се фокусират върху генно редактиране извън организма, където модифицираш определения тип клетки по начин, който е в интерес за света извън тялото. Само след малко връщаш клетката в пациента и обикновено до този момент CRISPR-Cas си е отишъл и клетките повече не са имуногенни (способни да произвеждат отговор на имунната система).

Но от гледна точка на вътрешните (в тялото) приложения, отговорите на имунната система, насочени към Cas9, са потенциален риск. Защото Cas9 е стрептококов протеин и тъй като стрептококите са често срещан инфекциозен агент, вече може да имаме антитела срещу Cas9. Разбира се, това е напълно нормално – в природата на нашата имунна система е да се бори срещу нещо, което идва от бактерии. Така че това е нещо, което трябва да наблюдаваме. Но дали ще се окаже сериозен проблем е трудно да се предвиди, защото е все още твърде рано.

Какво е CRISPR-Cas9?

Системата CRISPR-Cas9 функционира като вид молекулярни ножици, което позволява на учените да изрязват и да поставят генетичен материал с безпрецедентна точност, експедитивност и гъвкавост.

Има две части: CRISPR, което е колекция от ДНК последователности, които водят Cas9 до точната част от гена, и Cas9, който реже ДНК.

CRISPR-Cas се появява естествено в имунната система на бактериите, което им позволява да разпознават и атакуват нахлуващите вируси. През 2012 година учени показали, че могат да програмират версия на системата, позната като CRISPR-Cas9, която да срязва ДНК.

Превод: Никол Николова

Източник: Horizon Magazine


Европейска нощ на учените 2022 г.: