Czy japońska technologia edycji genomu dogoni Stany Zjednoczone i Chiny?
Technologia edycji genomu może modyfikować genom organizmu, a jej zastosowanie w terapii genowej jest bardzo oczekiwane. Badania kliniczne zyskują na popularności, głównie w Stanach Zjednoczonych i Chinach, ale Japonia pozostaje w tyle. Niektórzy badacze, na przykład z Kyushu University, zaczęli zajmować się problemami głównego nurtu narzędzia do edycji CRISPR-Cas9. Chociaż te japońskie technologie znacznie poprawiły dokładność modyfikacji genów, niektóre problemy nadal wymagają rozwiązania.
Genom składa się z długiego łańcucha czterech rodzajów zasad znanych jako adenina, tymina, cytozyna i guanina. Sekwencja tych zasad nazywana jest kwasem dezoksyrybonukleinowym (DNA), który reprezentuje „zdanie” informacji genetycznej.
W przypadku modyfikacji genetycznej pozostawia się przypadkowi miejsce w DNA, w którym zostanie wstawiony gen. Ale dzięki edycji genomu, która zmienia kolejność zasad, można wybrać lokalizację zmiany genetycznej. To największa różnica między nimi.
Rozszerzanie zastosowań w żywności i medycynie
Dokładność edycji genomu była niska, dopóki Jennifer Doudna ze Stanów Zjednoczonych i Emmanuelle Charpentier z Francji nie wynalazły CRISPR-Cas9 w 2012 roku. Składa się on z substancji kierującej, która lokalizuje docelową sekwencję zasad w DNA, oraz enzymu Cas9, który działa jak nożyczki do cięcia DNA.
CRISPR-Cas9 umożliwił edycję genomu w sposób, jakiego nie zapewnia żadna inna technologia. W porównaniu z poprzednią technologią ustawienie celu za pomocą substancji naprowadzającej jest znacznie łatwiejsze. Cas9 jest również łatwy w użyciu i ma dużą zdolność cięcia.
Zarówno Doudna, jak i Charpentier otrzymali Nagrodę Nobla 2020 w dziedzinie chemii za znaczące postępy w badaniach nad naukami przyrodniczymi. Rosną oczekiwania dotyczące zastosowań w medycynie, takich jak terapia genowa w celu korygowania mutacji genetycznych powodujących choroby. W Japonii i za granicą rozwija się również stosowanie żywności zmodyfikowanej w genomie, zawierającej ulepszone składniki odżywcze.
Problem cięć poza celem
Jednak głównym problemem związanym z CRISPR-Cas9 jest zjawisko znane jako „efekt poza celem”, w którym enzym Cas9 tnie poza obszar docelowy.
Nie stanowi to problemu, gdy można wybrać wyniki, w których zarówno cel został pomyślnie zmodyfikowany, jak i modyfikacja została uznana za bezpieczną, jak w przypadku żywności poddanej edycji genomu. Jednak gdy selekcja po fakcie jest niemożliwa, na przykład w terapii genowej, edycja genetyczna może powodować poważne skutki uboczne, takie jak nieoczekiwane cechy genetyczne.
Terapia genowa z wykorzystaniem CRISPR-Cas9 jest testowana w badaniach klinicznych na całym świecie. Pojawiły się jednak obawy dotyczące ryzyka transformacji komórek nowotworowych w wyniku cięcia poza celem. Ponadto komórki mogą umrzeć w wyniku zniszczenia informacji genetycznej wymaganej do przeżycia. Dlatego rozwiązanie problemu niecelowego stało się pilnym zadaniem, a badania w tym celu prowadzone są na całym świecie.
Wiele z tych badań ma na celu poprawę dokładności enzymu, zapobiegając w ten sposób przecięciu innych obszarów przez „zabłąkaną kulę”. Ale żaden z nich nie przyniósł rozstrzygających wyników.
Właśnie wtedy zespół badawczy z Kyushu University i innych podjął wyzwanie z radykalnie odmienną koncepcją niż jego globalni konkurenci.
Zmniejszenie siły cięcia Cas9
Zdaniem zespołu badawczego nietrafianie w cel jest spowodowane nadmierną siłą enzymu w cięciu DNA, a nie brakiem dokładności w trafieniu w cel. Opierając się na tym założeniu, szukali sposobów na zmniejszenie siły cięcia Cas9.
Odkryli, że dodanie zasady zwanej cytozyną do substancji przewodniej zmniejsza wiązanie Cas9 z DNA, zmniejszając w ten sposób jego siłę cięcia. Im więcej cytozyn, tym mniej będzie ciąć. Ale zbytnie hamowanie jego siły cięcia również powstrzymałoby go przed cięciem celu. Dlatego powtarzali eksperyment, aż znaleźli optymalną liczbę cytozyn.
W rezultacie dodanie kilkudziesięciu cytozyn 19-krotnie poprawiło dokładność cięcia docelowej lokalizacji. Co więcej, zespół z powodzeniem ograniczył śmiertelność komórek, osiągając 1800-krotny wzrost bezpieczeństwa. Ostatecznie zespołowi udało się zwiększyć precyzję modyfikacji genetycznej o czynnik 3000.
„Wierzę, że stanie się to nową standardową technologią edycji genomu. Już złożyliśmy wniosek o patent i założyliśmy spółkę typu venture capital, aby wdrożyć tę technologię w społeczeństwie” – mówi Masaki Kawamata, adiunkt na Uniwersytecie Kyushu. „Mamy nadzieję rozpocząć badania kliniczne terapii genowej za około rok i wprowadzić ją do praktycznego zastosowania za kilka lat”.
Japońska technologia prawdopodobnie wniesie znaczący wkład w rozwój terapii genowej z wykorzystaniem edycji genomu.
Badania kliniczne w USA
Ta nowa technologia zostanie jednak przetestowana w badaniach klinicznych w Stanach Zjednoczonych, a nie w Japonii. Spółka venture Kyushu University jest również zarejestrowana w amerykańskim stanie Delaware. Dzieje się tak, ponieważ Stany Zjednoczone zapewniają lepsze środowisko do prowadzenia badań klinicznych nad terapią genową.
Tetsuya Ishii, profesor bioetyki na Uniwersytecie Hokkaido, mówi, że na całym świecie przeprowadzono 75 badań klinicznych terapii genowej przy użyciu CRISPR-Cas9. Stany Zjednoczone przodują z 33 przypadkami, a następnie Chiny z 24, ale Japonia nie ma żadnego. Mówi, że przyczyną tego opóźnienia jest złożoność japońskich przepisów dotyczących terapii genowej.
Przeszkody w zastosowaniu klinicznym
Krajobraz regulacyjny dotyczący terapii genowej w Stanach Zjednoczonych i Europie jest prosty, a proces weryfikacji wdrożenia jest szybki.
Jednak w Japonii różne przepisy i regulacje komplikują proces składania wniosków, a proces weryfikacji wymaga czasu. Wiele aspektów ram prawnych jest niejednoznacznych lub słabo rozwiniętych.
Jest rzeczą oczywistą, że prowadzenie badań klinicznych na podmiotach japońskich jest najskuteczniejszym sposobem uzyskania wyników, które przyniosą korzyści Japończykom. Są ludzie cierpiący na choroby genetyczne, na które nie ma prostego lekarstwa. A oni i ich rodziny pokładali nadzieje w terapii genowej. Poprawa środowiska wokół badań klinicznych obejmujących terapię genową jest pilną prośbą dla Japonii.
„Rząd powinien nie tylko subsydiować podstawowe badania nad edycją genomu, ale także stworzyć środowisko sprzyjające zastosowaniom klinicznym” – mówi profesor Ishii. „Tylko wtedy, gdy oba te obszary będą dobrze skoordynowane, będziemy w stanie dogonić Stany Zjednoczone i Chiny”.
POWIĄZANY:
(Przeczytaj artykuł po japońsku.)
Autor: Junichiro Ito
