CRISPR đã kết thúc năm 2023 một cách thành công.

In Tháng mười một, công cụ chỉnh sửa gen này đã được phê duyệt lâm sàng lần đầu tiên để điều trị bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm và bệnh beta-thalassemia ở Vương quốc Anh. Những chứng rối loạn máu đau đớn này là do một lỗi đánh máy di truyền duy nhất làm biến dạng hình dạng của các tế bào máu và hạn chế khả năng cung cấp oxy của chúng.

Vài tuần sau, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ đã bật đèn xanh cho liệu pháp điều trị bệnh hồng cầu hình liềm và dự kiến ​​sẽ đưa ra quy định về bệnh beta-thalassemia vào tháng XNUMX năm sau. MỘT Cơ quan Thuốc châu Âu ủy ban quản lý ngay sau đó đã đưa ra sự chứng thực cho liệu pháp này, cho thấy nó có thể sẽ có mặt trên khắp châu Âu. Sự chấp thuận thậm chí lấy cảm hứng từ một vở kịch on Saturday Night Live.

Có lý do cho tất cả sự phô trương. CRISPR-Cas9 lần đầu tiên được phát hiện là một cơ chế bảo vệ vi khuẩn. Chỉ trong hơn một thập kỷ kể từ khi được thử nghiệm lần đầu tiên trên tế bào người, công nghệ này đã làm thay đổi bộ mặt của công nghệ sinh học, cung cấp cho chúng ta những công cụ chính xác để chỉnh sửa bản thiết kế của sự sống.

Kể từ khi lập bản đồ bộ gen của con người, các nhà khoa học đã hình dung ra việc thay thế các gen đột biến bằng các gen khỏe mạnh để chữa các bệnh di truyền. Năm nay, CRISPR đã biến tầm nhìn đó thành hiện thực. Casgevy, công cụ chỉnh sửa gen mới được phê duyệt, sửa chữa các rủi ro di truyền trong tế bào gốc được phân lập từ tủy xương của bệnh nhân. Khi được truyền trở lại cơ thể, các tế bào gốc đã được chỉnh sửa sẽ tạo ra các tế bào máu khỏe mạnh cung cấp oxy đi khắp cơ thể.

Nhưng bất chấp sự phức tạp của nó, CRISPR vẫn có vấn đề. Công cụ này cắt cả hai chuỗi DNA, có thể gây ra những đột biến nguy hiểm, chẳng hạn như những đột biến kích hoạt gen gây ung thư. Nó cũng có thể vô tình cắt bỏ những phần không liên quan của bộ gen và gây ra tác dụng phụ.

CRISPR là một bước đột phá không thể chối cãi và rất có giá trị giải thưởng Nobel. Nhưng có lẽ điều thú vị hơn là nó chỉ là công cụ thế hệ đầu tiên với tiềm năng tiếp tục định hình lại công nghệ sinh học trong nhiều thập kỷ tới.

Mở rộng gia đình

Công thức CRISPR có hai thành phần chính: một protein “cắt kéo” để cắt hoặc cắt bộ gen và một hướng dẫn RNA “chó săn” để buộc chiếc kéo vào gen mục tiêu. Việc thay đổi công thức sẽ tạo ra một thế giới các công cụ chỉnh sửa gen, mỗi công cụ có đặc điểm riêng. Một số trao đổi các chữ cái di truyền đơn lẻ, số khác cắt một chuỗi DNA thay vì cắt cả hai. Bất chấp công thức, mục tiêu cuối cùng đều giống nhau: chỉnh sửa chính xác bất kỳ phần nào của bất kỳ bộ gen nào theo ý muốn.

Năm nay, CRISPR cũng hợp tác với một công ty công nghệ lớn khác—trí tuệ nhân tạo—để vượt qua ranh giới của việc chỉnh sửa gen.

Ví dụ, các nhà khoa học đã sử dụng AI để tối ưu hóa các công cụ chỉnh sửa gen hiện có. Học máy đã giúp dự đoán tác động ngoài mục tiêu trong các công cụ CRISPR nhắm mục tiêu vào RNA, thay vì DNA, mở rộng phạm vi điều trị của công cụ này. Và một thuật toán dựa trên AlphaFold, dự đoán cấu trúc protein, cắm vào trên các “dao mổ” protein CRISPR nhỏ hơn giúp cho việc cắt gen chính xác hơn. Các trình chỉnh sửa gen có kích thước nhỏ hơn cũng dễ dàng đóng gói và phân phối đến mục tiêu gen của chúng hơn.

AI cũng mở rộng phạm vi các biến thể CRISPR đã biết. Tìm kiếm cơ sở dữ liệu khổng lồ về vật liệu di truyền từ các nguồn ngoại lai—được thu thập từ bờ biển Nam Cực đến nước bọt của chó—một thuật toán phát hiện hàng trăm biến thể CRISPR tiềm năng ở vi khuẩn tuy hiếm nhưng ổn định và hiệu quả để chỉnh sửa bộ gen của con người.

Khai thác dữ liệu cũng bất ngờ tìm thấy các cơ chế giống CRISPR trong một nhánh khác của cuộc sống—sinh vật nhân chuẩn. Chúng bao gồm nấm, tảo và động vật, nhưng không phải vi khuẩn, nơi CRISPR được phát hiện lần đầu tiên. Được gọi là Fanzors, các hệ thống này tương tự như CRISPR, chỉ khác ở các thành phần khác nhau. Các nghiên cứu ban đầu cho thấy Fanzor có thể chèn và xóa thông tin di truyền trong tế bào người với mức độ thiệt hại tối thiểu đối với DNA hoặc RNA gần đó và có thể dễ dàng lập trình lại để nhắm mục tiêu vào các vị trí gen cụ thể.

Nói cách khác: Có một thế giới rộng lớn hơn về các công cụ chỉnh sửa gen đang chờ bạn khám phá.

Một làn sóng lâm sàng mới

Sự phê duyệt mang tính bước ngoặt đối với liệu pháp dựa trên CRISPR tạo tiền đề cho các thế hệ công nghệ mới hơn, bao gồm chỉnh sửa cơ bản và chỉnh sửa cơ bản.

Được phát triển vào năm 2016, tính năng chỉnh sửa cơ sở sẽ cắt một chuỗi DNA duy nhất thay vì cắt cả hai, khiến khả năng cắt các bit ngoài ý muốn ít hơn nhiều. Từ đó, các nhà khoa học đã tái cấu trúc protein “cắt kéo” để giảm thiểu hơn nữa thiệt hại DNA không mong muốn và giảm kích thước của các thành phần để chúng có thể dễ dàng đưa các virus hoặc hạt nano an toàn vào tế bào.

Năm nay, việc chỉnh sửa cơ sở đã hợp tác với liệu pháp CAR-T — một phương pháp điều trị giúp tăng cường tế bào miễn dịch của một người để chống lại bệnh ung thư. Tại đây, tế bào T của một người được loại bỏ và thiết kế để săn lùng mục tiêu của họ tốt hơn. Một thử nghiệm đầy tham vọng đang sử dụng kỹ thuật chỉnh sửa cơ sở để sửa đổi bốn gen trong tế bào miễn dịch nhằm giúp chúng tìm kiếm và tiêu diệt các tế bào khối u trong bệnh bạch cầu.

Liệu pháp này tương tự như Casgevy được FDA phê chuẩn cho bệnh hồng cầu hình liềm, đòi hỏi các bác sĩ phải trích xuất và chỉnh sửa các tế bào gốc tạo máu bên ngoài cơ thể. Sau đó, bệnh nhân sẽ trải qua quá trình điều trị để loại bỏ các tế bào bị bệnh khỏi tủy xương, nhường chỗ cho các tế bào đã được chỉnh sửa. Những tế bào gốc này cuối cùng sẽ tạo ra các tế bào hồng cầu khỏe mạnh giúp tăng cường oxy đi khắp cơ thể và giảm các triệu chứng. Mặc dù cuộc sống đang thay đổi nhưng cách điều trị này lại kéo dài và khó khăn. Bệnh nhân có thể phải nằm viện ít nhất một tháng trước khi bắt đầu điều trị, điều này làm tăng thêm chi phí điều trị vốn đã quá đắt.

Một giải pháp thay thế là bắn “một lần rồi làm”.

Năm nay, trong một thử nghiệm lâm sàng nhỏ với những người có xu hướng di truyền có mức cholesterol cao đến mức nguy hiểm, một cú đánh duy nhất của các biên tập viên cơ sở đã cắt giảm 55% chất béo gây tắc nghẽn động mạch — với kết quả có thể kéo dài suốt đời. Được phát triển bởi Trị liệu Verve, thử nghiệm này là thử nghiệm đầu tiên sử dụng chỉnh sửa base ở người để điều trị một căn bệnh mãn tính.

Không giống như các liệu pháp điều trị ung thư được điều chỉnh phù hợp với đặc điểm sinh học của một người cụ thể, phương pháp điều trị này có sẵn – có khả năng đưa công nghệ này đến với đại chúng với chi phí thấp hơn. Các nhà khoa học đang khám phá liệu pháp tương tự cho xơ nang, gây tổn thương phổi và hệ tiêu hóa.

Trong khi đó, khâu chỉnh sửa cũng đang được chú trọng cho các thử nghiệm lâm sàng. Ra mắt trong 2019, công nghệ này đã gây bão trong việc chỉnh sửa gen vì độ chính xác đáng kinh ngạc của nó. Kể từ đó, các nhà khoa học đã tối ưu hóa hệ thống để tăng thêm hiệu quả của nó. Việc tối ưu hóa đang được đền đáp: Thuốc chính, một công ty công nghệ sinh học tách ra từ nhà phát minh ra phương pháp này, đang triển khai một thử nghiệm lâm sàng chỉnh sửa cơ bản đối với bệnh u hạt mãn tính, một chứng rối loạn di truyền làm giảm khả năng chống nhiễm trùng của cơ thể.

Từ gen đến epigenome

Được biết đến như một công cụ chỉnh sửa gen, CRISPR gần đây đã mở rộng phạm vi của nó sang biểu sinh—một nhóm cơ chế kiểm soát khi nào gen được bật hoặc tắt. Đã có những cái nhìn thoáng qua về thành công. Trong một nghiên cứu ở loài linh trưởng không phải con người, tắt một gen sử dụng chỉnh sửa biểu sinh đã giúp giảm mức cholesterol nguy hiểm, với tác dụng kéo dài gần một năm.

Chỉnh sửa biểu sinh có đặc quyền của nó. Nó có thể an toàn hơn nhiều so với CRISPR cổ điển vì nó không trực tiếp thay đổi bộ gen. Nó cũng có thể ngăn chặn các bệnh nhiễm trùng mãn tính như viêm gan B hoặc HIV, ẩn náu bên trong cơ thể ngay cả khi không có triệu chứng đáng chú ý.

Không còn nghi ngờ gì nữa, CRISPR đã có một bước phát triển mạnh mẽ. Với nhiều thử nghiệm lâm sàng đang được thực hiện, nó sẽ được ấn định cho một năm quan trọng nữa. Với tư cách là người phát minh ra công cụ biên tập Prime, Tiến sĩ David Liu nói trong 2019: “Đây là sự khởi đầu chứ không phải là sự kết thúc.”

Ảnh: Sufyan / Unsplash

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://singularityhub.com/2023/12/26/crispr-gene-editing-had-a-breakthrough-year-and-its-only-getting-started/