การใช้งานแบบใหม่สำหรับเครื่องมือทางพันธุกรรมจะเปลี่ยนยีนแทนที่จะตัดมันออก
การแก้ไขยีนแบบใหม่ทำให้กรรไกรโมเลกุล CRISPR/Cas9 ทำหน้าที่ เว็บตรงไม่ผ่านเอเย่นต์ เป็นปากกาเน้นข้อความสำหรับหนังสือคำสั่งทางพันธุกรรม การเน้นสีดังกล่าวจะช่วยกระตุ้นยีนเฉพาะ นักวิจัยได้ใช้เครื่องมือใหม่นี้ในการรักษาโรคเบาหวานประเภท 1 ในรูปแบบเมาส์ อาการบาดเจ็บที่ไต และกล้ามเนื้อเสื่อมของ Duchenneทีมรายงานวันที่ 7 ธันวาคมในCell วิธีการใหม่นี้อาจทำให้การบำบัดด้วยยีนบางประเภทง่ายขึ้นและอาจเป็นประโยชน์สำหรับนักวิจัยที่หวังจะควบคุมกิจกรรมของยีนในสัตว์ นักวิทยาศาสตร์กล่าว
CRISPR/Cas9 เป็นกรรไกรตัดโมเลกุลสองส่วน RNA ไกด์สั้น ๆ นำเอ็นไซม์ตัด DNA Cas9 ไปยังตำแหน่งเฉพาะในคำสั่งทางพันธุกรรมที่นักวิทยาศาสตร์ต้องการหั่น Snipping DNA เป็นขั้นตอนแรกในการสร้างหรือแก้ไขการกลายพันธุ์ แต่นักวิจัยตระหนักได้อย่างรวดเร็วว่าระบบการแก้ไขอาจมีความหลากหลายมากขึ้น
ในช่วงเวลาประมาณห้าปีนับตั้งแต่มีการใช้ CRISPR/Cas9 เป็นครั้งแรก นักวิจัยได้ปรับเปลี่ยนเครื่องมือนี้เพื่อทำการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ของ DNA ( SN: 9/3/16, p. 22 ) การดัดแปลงหลายอย่างเกี่ยวข้องกับการหักกรรไกรของ Cas9 เพื่อไม่ให้ตัด DNA อีกต่อไป การรวมโมเลกุลอื่นๆ เข้ากับ “Cas9 ที่ตายแล้ว” นี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถปรับเปลี่ยนยีนหรือเปลี่ยนกิจกรรมของยีนได้
CRISPR/Cas9 ที่กระตุ้นด้วยยีน หรือที่เรียกว่า CRISPRa สามารถใช้ในการเปิดยีนที่อยู่เฉยๆ เพื่อรักษาโรคต่างๆ ได้ ตัวอย่างเช่น แพทย์อาจสามารถเปิดใช้ยีนสำรองเพื่อชดเชยโปรตีนที่ขาดหายไปหรือเพื่อฟื้นฟูยีนที่เชื่องช้าตามอายุ จนถึงตอนนี้ นักวิจัยส่วนใหญ่เปิดใช้ยีนที่มี CRISPRa ในเซลล์ที่เติบโตในอาหารในห้องปฏิบัติการ กล่าวโดย Charles Gersbach วิศวกรชีวการแพทย์ที่มหาวิทยาลัย Duke ไม่เกี่ยวข้องกับการศึกษาใหม่นี้
Gersbach กล่าวว่าความสามารถในการเปิดยีนภายในสัตว์อย่างแม่นยำและส่งผลต่อสุขภาพของสัตว์นั้นเป็น “ความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่” ก่อนหน้านี้ทำได้ยากเนื่องจากตัวกระตุ้น CRISPR มีขนาดใหญ่เกินไปที่จะใส่เข้าไปในไวรัสที่จำเป็นในการส่งเครื่องมือไปยังเซลล์ของร่างกาย
ในการศึกษาครั้งใหม่ Juan Carlos Izpisua Belmonte จากสถาบัน Salk Institute for Biological Studies ในเมือง La Jolla รัฐแคลิฟอร์เนียและเพื่อนร่วมงานได้ลดขนาดเครื่องมือลง คราวนี้ นักวิจัย “ฆ่า” และแก้ไข RNA ไกด์แทนเอ็นไซม์ตัดดีเอ็นเอ ทีมงานใช้ RNA ไกด์แบบสั้น ซึ่งมีความยาวเพียง 14 หรือ 15 ยูนิต แทนที่จะเป็น 20 ถึง 22 ยูนิตตามปกติ
สายจูงแบบสั้นยังสามารถนำ Cas9 ไปยังจุดเฉพาะใน DNA ได้ แต่เมื่อไปถึงแล้ว เอ็นไซม์ — แม้ว่าจะยังสามารถตัดได้ — ก็ไม่ตัด DNA RNA อีกชิ้นหนึ่งติดอยู่กับคู่มือ “ที่ตายแล้ว” ดึงดูดโปรตีนที่ช่วยกระตุ้นยีน ชิ้นส่วนของตัวกระตุ้นไกด์ที่ตายแล้วมีขนาดเล็กพอที่จะใส่ในไวรัสบำบัดด้วยยีนได้
ในการทดลองหนึ่ง
ทีมงานต้องการฟื้นฟูความสามารถของหนูที่เป็นโรคเบาหวานประเภท 1 ในการผลิตอินซูลิน ซึ่งเป็นฮอร์โมนที่ควบคุมระดับน้ำตาลในเลือด ในผู้ป่วยเบาหวานชนิดที่ 1 ระบบภูมิคุ้มกันจะทำลายตับอ่อน ซึ่งเป็นอวัยวะที่สร้างอินซูลินตามปกติ เนื่องจากเซลล์ตับอ่อนหายไป นักวิจัยจึงต้องการเซลล์ชนิดใหม่เพื่อทำหน้าที่แทนตับอ่อน ดังนั้นกลุ่มของ Belmonte จึงติดเชื้อหนูที่เป็นโรคเบาหวานด้วยไวรัสที่มีตัวกระตุ้นไกด์ที่ตายแล้ว นักวิจัยใช้ RNA ไกด์ที่ตายแล้วเพื่อเปิด ยีน Pdxในตับของหนู ซึ่งทำให้เซลล์ตับผลิตอินซูลิน ซึ่งทำให้เบาหวานของหนูกลับแย่ลง โดยพื้นฐานแล้ว เซลล์ตับถูกเปลี่ยนเป็นเซลล์ที่ทำหน้าที่สำคัญของตับอ่อน
Kirk Wangensteen นักวิทยาศาสตร์ด้านการแพทย์จากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย Perelman School of Medicine กล่าวว่า “ห้องทดลองพยายามทำอย่างนั้นมาหลายสิบปีแล้ว การทดลองดังกล่าวจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าปัจจัยใดเป็นตัวกำหนดเอกลักษณ์ของเซลล์ แต่ในการทำยีนบำบัดในมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องจัดการกับปัญหาอื่น ในการทดลองโรคเบาหวาน พวกเขาสามารถใช้หนูที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้าง Cas9 ของตัวเอง แต่ผู้คนไม่ได้สร้าง Cas9 โดยธรรมชาติ และตัวกระตุ้นตายตัวและระบบ Cas9 ทั้งหมดจะไม่พอดีกับไวรัสตัวเดียว ทีมของ Belmonte ต้องการทราบว่าสามารถใช้ไวรัสสองตัวพร้อมกันเพื่อส่งชิ้นส่วนทั้งหมดไปยังเซลล์เป้าหมายได้หรือไม่
นักวิจัยของ Salk ได้ทดสอบระบบของพวกเขาในหนูที่เป็นโรคเกี่ยวกับการสูญเสียกล้ามเนื้อซึ่งเลียนแบบการเสื่อมของกล้ามเนื้อ Duchenne โรคกล้ามเนื้อเสื่อม Duchenne เกิดจากการกลายพันธุ์ในยีนขนาดใหญ่ที่เรียกว่า dystrophin ไม่มีทางที่จะยัดยีน dystrophin เข้าไปในไวรัสเพื่อทำการบำบัดด้วยยีนทดแทนแบบดั้งเดิม แต่นักวิจัยพบว่าการเปิดยีนอื่นสามารถชดเชยและเพิ่มมวลกล้ามเนื้อได้ ดังนั้นในการทดลองไวรัสคู่ นักวิทยาศาสตร์ได้เปิดยีนสร้างกล้ามเนื้อที่เรียกว่าฟอลลิสตาติน
คราวนี้ ตัวกระตุ้นตายสำหรับการเปิดใช้งานยีน follistatin ถูกบรรจุในไวรัสตัวหนึ่งและ Cas9 ในไวรัสอีกตัวหนึ่ง ไวรัสทั้งสองชนิดถูกใช้เพื่อทำให้เซลล์กล้ามเนื้อติดเชื้อที่ขาหลังของหนูที่มีกล้ามเนื้อเสื่อม หนูที่ได้รับการรักษามีมวลกล้ามเนื้อที่ขาหลังมากกว่าหนูที่ไม่ได้รับการรักษา
Michael Hemann นักชีววิทยาด้านมะเร็งที่ MIT กล่าว อาจจำเป็นต้องมีกิจกรรมระดับสูงเพื่อผลิตโปรตีนให้เพียงพอเพื่อแก้ไขโรค
Hemann และคนอื่น ๆ กล่าวว่าระบบกระตุ้นใหม่นี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการวิจัย แต่ความท้าทายบางอย่างยังคงอยู่ก่อนที่การบำบัดจะถูกนำมาใช้ในคน นักวิจัยมักมีความท้าทายในการบำบัดให้ถูกที่ในร่างกาย เขากล่าว ต้องแสดงความปลอดภัยและประสิทธิภาพของเทคโนโลยีด้วย เว็บตรงไม่ผ่านเอเย่นต์
