Tech

ระบบ CRISPR ขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพซึ่งได้รับการออกแบบทางวิศวกรรม

ระบบแก้ไขยีน CRISPR จำนวนมากกำลังถูกใช้สำหรับการบำบัดด้วยยีนแบบต่างๆ แม้ว่าระบบเหล่านั้นจะมีขอบเขตจำกัดเนื่องจากมีขนาดใหญ่เกินไปและยากเกินกว่าที่จะส่งเข้าไปในเซลล์ เนื้อเยื่อ หรือสิ่งมีชีวิตได้

ในการศึกษาใหม่ นักชีววิศวกรรมที่ )มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด ได้พัฒนาระบบ CRISPR ขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพ อเนกประสงค์ ซึ่งเป็นเครื่องมือวิศวกรรมจีโนมรุ่นเล็ก ด้วยขนาดที่เล็ก นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถส่งเซลล์ เนื้อเยื่อ และร่างกายของมนุษย์เพื่อยีนบำบัดได้ง่าย

ที่ใช้กันทั่วไป CRISPR ระบบเช่น Cas9 และ Cas12a ทำจากกรดอะมิโนประมาณ 1,000 ถึง 1,500 ตัว ในขณะที่ระบบที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้ เรียกว่า CasMINI มี 529

นักวิทยาศาสตร์ต้องการทำให้ระบบเป็น เล็กที่สุด ในการทำเช่นนั้น พวกเขาเริ่มต้นด้วยโปรตีน CRISPR Cas12f (หรือที่เรียกว่า Cas14) Cas12f มีกรดอะมิโนประมาณ 400 ถึง 700 ตัว นอกจากนี้ มันมีต้นกำเนิดตามธรรมชาติจาก Archaea – สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว – ซึ่งหมายความว่ามันไม่เหมาะกับเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม นับประสาเซลล์หรือร่างกายของมนุษย์

Stanley Qi ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวภาพ ที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดกล่าวว่า “เราคิดว่า ‘โอเค วิวัฒนาการหลายล้านปีไม่สามารถเปลี่ยนระบบ CRISPR นี้ให้เป็นสิ่งที่ทำงานในร่างกายมนุษย์ได้ เราสามารถเปลี่ยนสิ่งนั้นได้ในเวลาเพียงหนึ่งหรือสองปีหรือไม่’ สำหรับความรู้ของฉัน เราได้เปลี่ยน CRISPR ที่ไม่ทำงานให้กลายเป็น CRISPR ที่ใช้งานได้เป็นครั้งแรก”

ในขั้นต้น ไม่มีกิจกรรม ของ Cas12f ตามธรรมชาติในเซลล์ของมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่าปัญหาคือจีโนมมนุษย์ DNA มีความซับซ้อนและเข้าถึงได้น้อยกว่า DNA ของจุลินทรีย์ สิ่งนี้ทำให้ Cas12f หาเป้าหมายในเซลล์ได้ยาก

นักวิทยาศาสตร์สังเกตโครงสร้างที่คาดการณ์ไว้ของระบบ Cas12f พวกเขาเลือกการกลายพันธุ์ในโปรตีนประมาณ 40 แบบที่อาจข้ามข้อจำกัดนี้ และสร้างท่อสำหรับการทดสอบตัวแปรโปรตีนหลายตัวในคราวเดียว

ตามสมมุติฐาน ตัวแปรที่ใช้งานได้จะทำให้เซลล์ของมนุษย์กลายเป็นสีเขียวโดย กระตุ้นโปรตีนเรืองแสงสีเขียว (GFP) ในจีโนมของมัน

Xiaoshu Xu ผู้เขียนหลักของบทความกล่าวว่า “ ในตอนแรกระบบนี้ ไม่ทำงานเลยเป็นเวลาหนึ่งปี แต่หลังจากการทำซ้ำของวิศวกรรมชีวภาพ เราเห็นโปรตีนวิศวกรรมบางตัวเริ่มทำงาน เหมือนกับเวทมนตร์ มันทำให้เราซาบซึ้งในพลังของชีววิทยาสังเคราะห์และวิศวกรรมชีวภาพ”

นักวิทยาศาสตร์สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของโปรตีนให้ดียิ่งขึ้นไปอีก

Xu กล่าวว่า , “ เราเริ่มต้นด้วยการเห็น มีเพียงสองเซลล์ที่แสดงสัญญาณสีเขียว และตอนนี้หลังจากทำวิศวกรรมแล้ว เกือบทุกเซลล์จะเป็นสีเขียวภายใต้กล้องจุลทรรศน์”

ด้วยสิ่งนี้ นักวิทยาศาสตร์ ยังได้ออกแบบ RNA ที่นำทางโปรตีน Cas ไปยัง DNA เป้าหมาย การปรับเปลี่ยนส่วนประกอบทั้งสองมีความสำคัญต่อการทำให้ระบบ CasMINI ทำงานในเซลล์ของมนุษย์ได้

ในระหว่างการทดลอง CasMINI สามารถลบ เปิดใช้งาน และ แก้ไขรหัสพันธุกรรม เช่นเดียวกับคู่หูที่แข็งแรงกว่า

การอ้างอิงวารสาร:
  • Xiaoshu Xu, Augustine Chemparathy et al . ระบบ CRISPR-Cas ขนาดเล็กที่ออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับการควบคุมและแก้ไขจีโนมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ดอย: 10.1016/j.molcel.2021.08.008
  • Back to top button