Wenn Sie überhaupt auf Fortschritte in der genetischen Medizin geachtet haben - und selbst wenn Sie dies nicht getan haben -, haben Sie wahrscheinlich schon viel über eine Technologie namens gehört. CRISPR in letzter Zeit
Es ist eine neue Technik für die Gen-Bearbeitung, die die entscheidenden Vorteile hat, präzise, billig und extrem schnell zu wirken, und die die biologische Forschungswelt aufgrund ihrer fast im Sturm erobert. unbegrenzte Anwendungen zur Behandlung von Krankheiten und Behinderungen.
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Aber trotz aller Aufregung hat CRISPR einige bedeutende Hürden noch zu klären. Zum einen funktioniert der Prozess in Zellkulturen und einfachen Tieranaloga zwar unglaublich gut, es gibt jedoch noch nicht viele Hinweise darauf, dass er beim Menschen dieselbe Wirksamkeit haben würde.
Darüber hinaus ist das in CRISPR verwendete genetische Targeting unglaublich präzise, es sei denn, es ist tatsächlich so perfekt Es wird immer noch etwas sein, das einen Patienten einem stark erhöhten Krebsrisiko aussetzen könnte.
Dies geschieht, weil das CRISPR-System ohne eine Möglichkeit zum Anhalten möglicherweise nicht mehr inseriert oder die DNA des Wirts an Stellen abgeschnitten wird, die dem Ziel ähnlich genug sind, dass es auf unbestimmte Zeit verwirrt wird. Und wenn jaVon diesen Orten, an denen es zu einer versehentlichen Veränderung kommt, handelt es sich zufällig um ein Tumorsuppressorgen… Nun, so passiert Krebs.
Alle Hoffnung auf eine Zukunft ohne genetisch bedingte Krankheiten geht jedoch nicht verloren, da neue Forschungsergebnisse, die in der Zeitschrift Cell Host & Microbe veröffentlicht wurden, vier neue gefunden haben. Anti-CRISPR Proteine, die möglicherweise verwendet werden könnten, um das Gen-Editing-System zu regulieren, es nach Belieben aus- oder einzuschalten und langfristige Risiken erheblich zu reduzieren.
Und da diese Proteine in einer Vielzahl von Umgebungen verteilt entdeckt wurden, deutet dies auch darauf hin, dass diese Proteine in der Natur viel weiter verbreitet sind als wir angenommen haben, was bedeutet, dass eine noch bessere Verfeinerung möglich sein könnte, wenn neue Entdeckungen gemacht werden.
Mir ist klar, dass ich Ihnen noch nicht viel darüber erzählen muss, was diese Anti-CRISPR-Proteine tatsächlich sind - lassen Sie uns das beheben! Bevor wir uns jedoch mit der Funktionsweise dieser Dinge befassen können, müssen wir zurückgehen und uns schnell daran erinnerndie Mechanismen und Ursprünge von CRISPR selbst.
CRISPRs Ursprung als Waffe in einem genetischen Wettrüsten.
Die ursprüngliche Funktion CRISPR-Systeme waren bakterielle Immunsysteme, die es dem Bakterium ermöglichen, infizierte Viren, sogenannte Phagen ja, Bakterien können auch Viren bekommen, verrückt, oder?, Gezielt abzuwehren.
Die Entwicklung dieses hochflüssigen Zielsystems für invasive DNA verleiht ihnen ihre Programmierbarkeit und ist der Grund, warum CRISPR-Systeme und insbesondere Cas9 derzeit in der Life-Science-Industrie weit verbreitet sind und das Potenzial haben, bahnbrechende Gentherapien bereitzustellen, neue Antibiotika und Malariatherapien.
Interessanterweise haben Phagen in diesem Infektions- und Schutzkrieg Anti-CRISPR-Proteine entwickelt, um die bakteriellen CRISPR-Systeme in einer Art evolutionärem Wettrüsten zu überwinden. Diese Proteine hemmen schnell das Abwehrsystem des Wirtsbakteriums und machen das Bakterium anfällig für Infektionenschließlich Zerstörung durch das eindringende Virus.
Somit könnten diese hochspezifischen Proteine ebenfalls verwendet werden, um das CRISPR-System zu deaktivieren, wenn es therapeutisch eingesetzt wird, sodass Forscher die genetische Einmischung stoppen können, sobald die neue DNA eingeführt wurde, wodurch das langfristige Risiko für Krebs und andere Komplikationen verringert wird.
Warum erfahren wir gerade davon?
Trotz ihrer bedeutenden biologischen Bedeutung nur wenige Anti-CRISPR Proteine wurden bisher in einer bestimmten Untergruppe von Bakterien entdeckt. Aktuelle Anti-CRISPR-Proteine sind in der Natur nicht reichlich vorhanden und wurden nur durch Untersuchung der DNA der Phagen identifiziert, die Bakterien infizieren konnten, die CRISPR-Cas9 enthalten.
Bei dieser Methode ist man darauf angewiesen, Bakterien und Phagen kultivieren zu können, die in der Lage sind, das endogene CRISPR Cas9-System, das sie spezifisch findet, zu infizieren und die Überwachung zu vermeiden.
Die neue Forschung aus Dänemark hat jedoch einen Weg gefunden, das Problem der Identifizierung dieser Gene ein wenig zu vereinfachen.
"Wir haben einen anderen Ansatz verwendet, der sich eher auf die funktionelle Aktivität gegen CRISPR als auf die Ähnlichkeit der DNA-Sequenzen konzentrierte. Dieser Ansatz ermöglichte es uns, Anti-CRISPRs in Bakterien zu finden, die nicht unbedingt kultiviert oder mit Phagen infiziert werden können. Und die Ergebnisse sind wirklichaufregend ", sagt Ruben Vazquez Uribe, Postdoc am Zentrum für biologische Nachhaltigkeit DTU der Novo Nordisk Foundation.
Wie haben sie das gemacht?
Die Forscher identifizierte die Anti-CRISPR-Gene unter Verwendung der Gesamt-DNA aus vier menschlichen Stuhlproben, zwei Bodenproben, einer Kuhkotprobe und einer Schweinekotprobe niemand ist sich völlig sicher, warum sie so gerne mit Poop arbeiten wollten, aber versuchen wir esnicht zu beurteilen.
Die DNA wurde in kleinere Stücke geschnitten und zufällig auf einem Plasmid einem kleinen DNA-Ring innerhalb einer Bakterienzelle exprimiert. Diese Zelle enthielt einen genetischen Kreislauf zur Auswahl der Anti-CRISPR-Aktivität.
Kurz gesagt bedeutete dies, dass Zellen, die ein Plasmid mit einem potenziellen Anti-CRISPR-Gen enthielten, gegen ein bestimmtes Antibiotikum resistent wurden. Im Gegenteil, Zellen, in denen das Plasmid keine Anti-CRISPR-Aktivität verlieh, würden sterben. Mit diesem Systemkonnten die Forscher DNA mit Anti-CRISPR-Aktivität leicht nachweisen, auswählen und bis zu ihrem Ursprung zurückverfolgen.
Mit diesem Ansatz der meta-genomischen Bibliothek konnten die Wissenschaftler elf DNA-Fragmente identifizieren, die die Cas9-Aktivität umgingen.
Eine weitere Charakterisierung könnte dann die Aktivität von vier neuen Anti-CRISPRs bestätigen. Eine weitere Analyse ergab, dass die in den Stuhlproben identifizierten Gene tatsächlich in Bakterien vorhanden sind, die in mehreren Umgebungen gefunden wurden, beispielsweise in Bakterien, die im Darm von Insekten, im Meerwasser leben.und Essen.
Dies zeigt, dass die neu entdeckten Gene in vielen Bakterienzweigen im Baum des Lebens verbreitet sind und in einigen Fällen Hinweise darauf, dass einige dieser Gene während der Evolution mehrfach horizontal übertragen wurden.
"Die Tatsache, dass die von uns entdeckten Anti-CRISPRs in der Natur so häufig vorkommen, legt nahe, dass sie sehr nützlich sind und aus biologischer Sicht eine große Bedeutung haben", sagt Morten Sommer, wissenschaftlicher Direktor am Novo Nordisk Foundation Center für biologische Nachhaltigkeit DTU.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass Anti-CRISPRs im Zusammenspiel zwischen Phage und Wirt wahrscheinlich eine viel wichtigere Rolle spielen könnten als bisher vorgeschlagen.
Warte, warum ist das alles wieder wichtig?
Bei den Anwendungen von Anti-CRISPR-Genen geht es derzeit darum, eine Verbesserung zu erzielen. Geneditierung System. Frühere Studien auf diesem Gebiet haben gezeigt, dass Anti-CRISPR-Proteine verwendet werden können, um Fehler zu reduzieren, z. B. das Schneiden von DNA an Stellen außerhalb des Ziels, wenn das Genom im Labor bearbeitet wird.
"Heutzutage haben die meisten Forscher, die CRISPR-Cas9 verwenden, Schwierigkeiten, das System und die Aktivitäten außerhalb des Ziels zu steuern. Daher sind Anti-CRISPR-Systeme sehr wichtig, da Sie Ihr System zum Testen der Aktivität ein- und ausschalten möchten.Daher könnten diese neuen Proteine sehr nützlich werden ", sagt Morten Sommer.
Darüber hinaus stellten die Forscher tatsächlich fest, dass die vier neuen Anti-CRISPR-Proteine unterschiedliche Merkmale und Eigenschaften zu haben scheinen. In Zukunft wird es sehr spannend sein, dies weiter zu untersuchen. Dies könnte bedeuten, dass Proteine existieren, die auf bestimmte Expressionsniveaus zugeschnitten werden könntenoder Sicherheitsbedenken. Oder sogar die Entwicklung von Proteinen, die CRISPR aufgrund äußerer Reize ein- und ausschalten können, was äußerst nützlich wäre.
Letztendlich gibt es kaum Zweifel daran, dass Anti-CRISPR-Proteine beim nächsten Sprung in der genetischen Medizin eine große Rolle spielen werden.