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CRISPR 2.0 è qui ed è molto più preciso
Potrebbe un giorno essere usato per curare una serie di malattie ereditarie. 25 ottobre 2017
Biblioteca nazionale di medicina degli Stati Uniti
Probabilmente hai sentito parlare del bisturi molecolare CRISPR-Cas9, che può modificare o eliminare interi geni. Ora, gli scienziati hanno sviluppato una versione più precisa dello strumento di modifica del DNA in grado di riparare segmenti ancora più piccoli del genoma di una persona.
In due studi pubblicati oggi, uno in Natura e un altro dentro Scienza , i ricercatori del Broad Institute del MIT e di Harvard descrivono un nuovo modo di modificare il DNA e l'RNA, chiamato editing di base. L'approccio potrebbe un giorno trattare una serie di malattie ereditarie, alcune delle quali attualmente non hanno opzioni di trattamento.
Il genoma umano contiene sei miliardi di lettere di DNA, o basi chimiche note come A, C, G e T. Queste lettere si accoppiano - A con T e C con G - per formare la doppia elica del DNA. L'editing di base, che utilizza una versione modificata di CRISPR, è in grado di modificare una sola di queste lettere alla volta senza interrompere la struttura del DNA.
Ciò è utile perché a volte solo una coppia di basi in un lungo filamento di DNA viene scambiata, eliminata o inserita, un fenomeno chiamato mutazione puntiforme. Le mutazioni puntiformi costituiscono 32.000 dei 50.000 cambiamenti nel genoma umano noti per essere associati a malattie.
Nel Natura studio, i ricercatori guidati da David Liu, un professore di chimica di Harvard e membro del Broad Institute, sono stati in grado di cambiare una A in una G. Un tale cambiamento affronterebbe circa la metà delle 32.000 mutazioni puntiformi conosciute che causano la malattia.
Per farlo, hanno modificato CRISPR in modo che colpisse solo una singola base. Lo strumento di modifica è stato in grado di riorganizzare gli atomi in una A in modo che assomigli invece a una G, inducendo le cellule a fissare l'altro filamento di DNA per completare il passaggio. Di conseguenza, una coppia di basi AT è diventata una GC. La tecnica essenzialmente riscrive gli errori nel codice genetico invece di tagliare e sostituire interi pezzi di DNA.
I metodi standard di modifica del genoma, incluso l'uso di CRISPR-Cas9, creano rotture a doppio filamento nel DNA, il che è particolarmente utile quando l'obiettivo è inserire o eliminare basi di DNA, ha detto Liu martedì in una teleconferenza con i giornalisti. Ma quando l'obiettivo è semplicemente correggere una mutazione puntiforme, l'editing di base offre una soluzione più efficiente e pulita.
Liu ha affermato che l'editing di base non intende sostituire l'editing genetico tradizionale con CRISPR, ma piuttosto un'altra opzione per alterare il genoma nel tentativo di correggere la malattia. Se CRISPR è simile a un paio di forbici, l'editing di base è più simile a una matita, ha detto.
In precedenza, i ricercatori avevano creato editor di base in grado di effettuare il tipo opposto di scambio: cambiare una G in una A. Le sostituzioni di una G con una A in alcune parti del DNA rappresentano circa il 15 percento delle mutazioni puntiformi associate alla malattia. A settembre, i ricercatori cinesi hanno riferito di aver utilizzato uno di questi strumenti di editing in un embrione per rimuovere la mutazione genetica che causa l'anemia.
Lavorando su cellule prelevate da pazienti, Liu e i suoi colleghi hanno utilizzato il loro strumento di modifica delle basi per correggere una mutazione puntiforme che causa l'emocromatosi ereditaria, un disturbo che fa sì che il corpo assorba troppo ferro dal cibo. Questo eccesso di ferro può accumularsi nel tempo e causare cancro al fegato e altre malattie del fegato, diabete, malattie cardiache o malattie articolari.
Liu e il suo team hanno anche utilizzato l'editor di base nelle cellule umane per indurre una mutazione che sopprime l'anemia falciforme. In entrambi gli studi, non hanno rilevato praticamente alcun effetto fuori bersaglio o inserimenti o eliminazioni di DNA indesiderate, che sono un problema con il modo tradizionale di utilizzare CRISPR per modificare interi geni.
Nel nuovo Scienza studio, Feng Zhang, del Broad Institute e del MIT, ha utilizzato un metodo di modifica delle basi simile per indirizzare le singole lettere nell'RNA, il cugino chimico del DNA. L'RNA si degrada naturalmente nel corpo, quindi la modifica dell'RNA non comporterebbe un cambiamento permanente nel genoma di una persona.
Ross Wilson, dell'Innovative Genomics Institute presso l'Università della California, a Berkeley, afferma che l'editing di base potrebbe alla fine essere un modo migliore per curare alcune malattie. Dice che una singola coppia di basi è come una parola in un paragrafo di testo. Con la tecnologia CRISPR convenzionale, dovresti sostituire l'intero paragrafo.
C'è molto DNA per muoversi, dice. Con la modifica di base, puoi semplicemente cambiare la singola parola.
Liu dice di sperare che l'editing di base del DNA e dell'RNA possa essere utilizzato come approcci complementari per un'ampia serie di potenziali applicazioni terapeutiche.
Il suo laboratorio sta esplorando l'editing di base per correggere disturbi del sangue, disturbi neurologici, sordità ereditaria e cecità ereditaria.