Menarik

Protein "Anti-CRISPR" yang Baru Mendetail Mungkin Memegang Kunci Pengeditan Genetik yang Aman

Protein

Jika Anda telah memperhatikan kemajuan dalam pengobatan genetik sama sekali — dan bahkan jika Anda belum melakukannya — Anda mungkin telah mendengar cukup banyak tentang teknologi yang disebut CRISPR belakangan ini.

Ini adalah teknik baru untuk pengeditan gen yang memiliki keuntungan berbeda yaitu tepat, murah, dan bertindak sangat cepat, dan ini mengambil alih dunia penelitian biologi karena aplikasinya yang hampir tak terbatas untuk mengobati penyakit dan kecacatan.

LIHAT JUGA:Biologi Kuantum: Seram, Misterius, dan Dasar bagi Kehidupan Itu Sendiri

Namun terlepas dari semua kegembiraan di sekitarnya, CRISPR masih memiliki beberapa rintangan signifikan yang harus diselesaikan. Untuk satu hal, meskipun prosesnya bekerja sangat baik dalam kultur sel dan analogi hewan sederhana, belum banyak bukti bahwa hal itu akan memiliki kemanjuran yang sama pada manusia.

Selain itu, meskipun penargetan genetik yang digunakan dalam CRISPR sangat tepat, kecuali jika benar-benar sempurna, itu masih akan menjadi sesuatu yang dapat menempatkan pasien pada risiko kanker yang jauh lebih tinggi.

Ini terjadi karena, tanpa cara untuk memberi tahu sistem CRISPR untuk berhenti, ada kemungkinan bahwa ia dapat terus memasukkan gen baru, atau hanya memotong DNA inang di lokasi yang cukup mirip dengan target sehingga membuatnya bingung tanpa batas. Dan jika salah satu tempat itu membuat perubahan yang tidak disengaja kebetulan adalah gen penekan tumor ... Nah, begitulah cara kanker terjadi.

Namun, semua harapan untuk masa depan tanpa penyakit genetik tidak hilang karena penelitian baru yang dipublikasikan di jurnal Cell Host & Microbe telah menemukan empat anti-CRISPR protein yang berpotensi dapat digunakan untuk mengatur sistem pengeditan gen, mematikannya atau sesuka hati, dan sangat mengurangi risiko jangka panjang.

Dan karena protein ini ditemukan tersebar di berbagai lingkungan, hal ini juga menunjukkan bahwa protein ini mungkin jauh lebih tersebar di alam daripada yang kita sadari, yang berarti bahwa lebih banyak lagi penyempurnaan dapat dilakukan saat penemuan baru dibuat.

Saya menyadari bahwa saya belum memberi tahu Anda banyak tentang apa sebenarnya protein anti-CRISPR ini — mari kita perbaiki! Tetapi sebelum kita dapat mengetahui inti dari cara kerja hal-hal ini, kita harus kembali dan segera mengingatkan diri kita sendiri tentang mekanisme dan asal mula CRISPR itu sendiri.

Asal CRISPR sebagai senjata dalam perlombaan senjata genetik.

Itu fungsi asli Sistem CRISPR adalah sebagai sistem kekebalan bakteri yang memungkinkan bakteri untuk melawan virus yang menginfeksi yang disebut fag (ya, bakteri juga bisa terkena virus, gila kan !?) dengan cara yang ditargetkan.

Pengembangan sistem penargetan yang sangat cair untuk DNA invasif inilah yang memberi mereka sifat yang dapat diprogram, dan itulah sebabnya sistem CRISPR, dan khususnya Cas9, saat ini digunakan secara luas dalam industri ilmu hayati dengan potensi untuk memberikan terapi gen terobosan, baru antibiotik, dan terapi malaria.

Menariknya, dalam perang infeksi dan perlindungan ini, fag telah mengembangkan protein anti-CRISPR untuk mengatasi sistem CRISPR bakteri dalam semacam perlombaan senjata evolusioner. Protein ini dengan cepat menghambat sistem pertahanan bakteri inang sehingga bakteri rentan terhadap infeksi, dan pada akhirnya dihancurkan oleh virus yang menyerang.

Dengan demikian, protein yang sangat spesifik ini juga dapat digunakan untuk menonaktifkan sistem CRISPR saat digunakan sebagai terapi, memungkinkan para peneliti menghentikan campur tangan genetik begitu DNA baru dimasukkan, mengurangi risiko jangka panjang kanker dan komplikasi lainnya.

Mengapa kita baru mencari tahu tentang ini?

Terlepas dari kepentingan biologis mereka yang signifikan, hanya sedikit anti-CRISPRprotein telah ditemukan sejauh ini dalam subset bakteri tertentu. Protein anti-CRISPR saat ini tidak melimpah di alam dan hanya dapat diidentifikasi dengan mempelajari DNA fag yang dapat menginfeksi bakteri yang menyimpan CRISPR-Cas9.

Dengan menggunakan metode ini, seseorang mengandalkan kemampuan untuk membiakkan bakteri dan pada fag yang mampu menginfeksi dan menghindari pengawasan sistem CRISPR Cas9 endogen yang secara spesifik menemukannya.

Penelitian baru dari Denmark menemukan cara untuk membuat masalah dalam mengidentifikasi gen ini sedikit lebih mudah.

“Kami menggunakan pendekatan berbeda yang berfokus pada aktivitas fungsional anti-CRISPR daripada kesamaan urutan DNA. Pendekatan ini memungkinkan kami menemukan anti-CRISPR pada bakteri yang tidak dapat dibiakkan atau terinfeksi fag. Dan hasilnya sangat menarik, "kata Ruben Vazquez Uribe, Postdoc di Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability (DTU).

Bagaimana mereka melakukannya?

Itu peneliti mengidentifikasi gen anti-CRISPR dengan menggunakan total DNA dari empat sampel feses manusia, dua sampel tanah, satu sampel feses sapi, dan satu sampel feses babi (tidak ada yang benar-benar yakin mengapa mereka begitu tertarik untuk bekerja dengan feses tetapi mari kita coba untuk tidak melakukannya. hakim).

DNA dipotong menjadi potongan-potongan kecil dan diekspresikan secara acak pada plasmid (cincin kecil DNA) di dalam sel bakteri. Sel ini berisi sirkuit genetik untuk pemilihan aktivitas anti-CRISPR.

Singkatnya, ini berarti bahwa sel yang mengandung plasmid dengan gen anti-CRISPR potensial akan menjadi resisten terhadap antibiotik tertentu. Sebaliknya, sel-sel di mana plasmid tidak memberikan aktivitas anti-CRISPR akan mati. Dengan sistem ini, para peneliti dapat dengan mudah mendeteksi dan memilih DNA dengan aktivitas anti-CRISPR dan melacaknya kembali ke asalnya.

Dengan menggunakan pendekatan perpustakaan meta-genom ini, para ilmuwan dapat mengidentifikasi sebelas fragmen DNA yang menghindari aktivitas Cas9.

Karakterisasi lebih lanjut kemudian dapat mengkonfirmasi aktivitas empat anti-CRISPR baru. Analisis lebih lanjut mengungkapkan bahwa gen yang diidentifikasi dalam sampel feses sebenarnya terdapat pada bakteri yang ditemukan di berbagai lingkungan, misalnya pada bakteri yang hidup di usus serangga, air laut, dan makanan.

Hal ini menunjukkan bahwa gen yang baru ditemukan tersebar di banyak cabang bakteri di pohon kehidupan, dan dalam beberapa kasus dengan bukti bahwa beberapa gen ini telah dipindahkan secara horizontal berkali-kali selama evolusi.

"Fakta bahwa anti-CRISPR yang kami temukan begitu melimpah di alam menunjukkan bahwa mereka sangat berguna dan memiliki signifikansi besar dari perspektif biologis," kata Morten Sommer, Direktur Ilmiah di Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability (DTU).

Temuan ini menunjukkan bahwa anti-CRISPR kemungkinan dapat memainkan peran yang jauh lebih signifikan dalam interaksi antara fag dan inang daripada yang telah disarankan sebelumnya.

Tunggu, kenapa semua ini penting lagi?

Aplikasi gen anti-CRISPR, saat ini, adalah tentang membuat yang lebih baik pengeditan gen sistem. Studi sebelumnya di bidang ini telah menunjukkan bahwa protein anti-CRISPR dapat digunakan untuk mengurangi kesalahan, seperti memotong DNA di situs yang tidak sesuai target, saat melakukan pengeditan genom di laboratorium.

“Saat ini sebagian besar peneliti yang menggunakan CRISPR-Cas9 mengalami kesulitan dalam mengontrol sistem dan aktivitas yang tidak sesuai target. Oleh karena itu, sistem anti-CRISPR sangat penting, karena Anda ingin dapat menghidupkan dan mematikan sistem untuk menguji aktivitas. Oleh karena itu, protein baru ini bisa menjadi sangat berguna, "kata Morten Sommer.

Selain itu, para peneliti sebenarnya menemukan bahwa empat protein anti-CRISPR baru tampaknya memiliki sifat dan sifat yang berbeda. Ke depannya, ini akan sangat menarik untuk diteliti lebih lanjut. Ini bisa berarti bahwa ada protein yang dapat disesuaikan dengan tingkat ekspresi tertentu atau masalah keamanan. Atau bahkan pengembangan protein yang mampu menghidupkan dan mematikan CRISPR menurut rangsangan luar, sesuatu yang akan sangat berguna.

Pada akhirnya, apa pun cara penelitiannya, tidak ada keraguan bahwa protein anti-CRISPR akan memainkan peran besar dalam lompatan maju berikutnya dalam pengobatan genetik.


Tonton videonya: Menentukan Reaksi Redoks (September 2021).