Nowa metoda naukowca z Yale testuje tysiące edycji genów jednocześnie
Nowa technika edycji genów opracowana przez naukowców z Yale University oferuje potężne nowe narzędzie do badania, w jaki sposób geny działają w wielu dyscyplinach biologicznych, od badań nad rakiem po immunologię. Technika zwana „CLASH” umożliwia jednoczesne testowanie potencjalnie tysięcy genów, radykalnie zwiększając szybkość eksperymentów.
„W dzisiejszych czasach bardzo łatwo jest wybić lub usunąć gen, ale o wiele trudniej jest wstawić DNA” – powiedział Sidi Chen, profesor genetyki w Yale, który opracował tę technologię. „Skalowanie do wysokiej przepustowości jest jeszcze trudniejsze, wcześniej nie do pomyślenia.
Dr Robert Sobol, współprzewodniczący programu biologii raka na Brown University, powiedział: „To imponujące. To nadaje zupełnie nowy wymiar analizie systemów w biologii”.
Technika edycji genów łączy starsze techniki w dwuetapowym procesie, który pozwala naukowcom dodawać wiele wariantów tego samego genu w celu równoległego testowania organizmów. Jak wyjaśnił Chen, CLASH łączy dwie technologie rozsławione przez pandemię COVID-19, wektor mRNA i wektor wirusowy. Działa to trochę jak wycinanie i wklejanie.
„MRNA to tak naprawdę nożyczki. Koduje enzym, który tnie” – powiedział Chen. „A wektor adenowirusowy to pasta. Wstawienie genu dokładnie tam, gdzie chcemy”.
MRNA dostarcza kopię CRISPR, słynnego enzymu odcinającego DNA, który zdominował wiadomości naukowe w ciągu ostatnich dziesięciu lat. Komórki docelowe są zmuszane do pobierania i wytwarzania enzymu CRISPR.
W tym samym czasie wektor adenowirusowy, ten sam mechanizm dostarczania, co szczepionka Johnson and Johnson COVID-19, wstrzykuje ukierunkowany RNA i nową nić DNA do komórki. Wirusy te zostały zaprojektowane tak, aby nie mogły się replikować. W rzeczywistości są to puste wirusy używane jako nośniki.
Sekwencja docelowa z wirusa kieruje nowo utworzony enzym CRISPR do genu i wycina. Nowy gen jest następnie dodawany do luki pozostawionej przez CRISPR. Wytnij i wklej.
Dzięki temu naukowcy badający geny mogą stosunkowo łatwo iz dużą dokładnością zastąpić określone geny. Jednym z głównych problemów inżynierii genetycznej jest radzenie sobie z efektami poza celem. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku starszych technologii edycji genów, takich jak wektory wirusowe.
Kiedy wirus wstawia gen do genomu, robi to losowo, co może mieć destrukcyjny lub śmiertelny wpływ na komórkę. Technika CLASH zapobiega tego rodzaju przypadkowości.
Pozwala również na jednoczesne badanie wielu genów. Nadając każdemu wektorowi wirusowemu unikalny gen, naukowiec może jednocześnie badać wpływ wielu różnych genów.
Zespół dr Chen wykorzystał genetycznie zmodyfikowane, zwalczające raka komórki T jako dowód słuszności koncepcji. Dokonując równolegle wielu różnych edycji swoich komórek T i wprowadzając je do testowanych zwierząt z guzami, Chen mógł przetestować wiele genów przeznaczonych do szkolenia komórek T w celu jednoczesnego atakowania guzów litych w eksperymentalnej terapii CAR-T. CAR-T to terapia polegająca na pobieraniu białych krwinek pacjenta i przeprogramowywaniu ich w celu atakowania komórek nowotworowych.
Odkąd CAR-T został wprowadzony, był skuteczny w leczeniu „płynnych” guzów, takich jak chłoniaki, ale guzy lite były trudniejsze do pokonania. W tym eksperymencie przetestowano wiele edycji genów w tandemie, aby zobaczyć, które z nich pomogłyby zmodyfikowanym komórkom odpornościowym atakować guzy lite.
„W wielu przypadkach nie jesteśmy wystarczająco inteligentni, aby zgadnąć, co działa, więc biologicznie, jak to powiedzieć?” — powiedział Soboł. Powiedział, że równoległe przeprowadzanie wszystkich tych testów w połączeniu ze znaczącymi zmianami było „potężne”.
„Rzeczy, które normalnie musieliśmy robić pojedynczo, teraz możemy wykonywać setki naraz” — powiedział Sobol. „Myślę, że będzie z tego wiele pożytku”.
Chen przewiduje, że to podejście do edycji genów będzie przydatne do rozwiązywania złożonych problemów genetycznych. Jednoczesne testowanie wielu modyfikacji pojedynczego genu może zilustrować skomplikowane sieci interakcji genetycznych.
„Nas przede wszystkim interesuje immunologia, terapia komórkami T, która może nas zająć przez jakiś czas” – powiedział Chen. „Ale z pewnością możemy wyjść poza to”.
