אולי ראשי התיבות לא ממש קליטים כמו CRISPR - שכן, באמת, מה כן? - אבל מה שכלים גנטיים חדשים המכונים REPAIR ו-ABE חסרים בגחמות שהם מבטיחים להשלים בתועלת. התקדמות אלו שהוכרזו ביום רביעי פותרות שתיים מהבעיות המטרידות את CRISPR, טכניקת עריכת הגנום המהפכנית: שהרעיון שלה "לערוך" הוא לעתים קרובות כמו 1,000 קופים שעורכים מסמך וורד, ושביצוע שינויים קבועים ב-DNA אולי לא הגישה הטובה ביותר.

יחד, התגליות, שתוארו במחקרים נפרדים, מראים כי חמש שנים לאחר מדעניםהפגינוש-CRISPR יכול לערוך DNA, מהנדסי ביו עדיין דוהרים לפיתוח הכלים היעילים, המדויקים, הרב-תכליתי - ולכן משתלמים - האפשריים לעריכת גנום.

"אחת הסיבות לכך שהם כל כך מרגשים היא שהם מראים שארגז הכלים של CRISPR עדיין גדל", אמר המהנדס הכימי ג'ין יו מאוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו. "יהיו עוד הרבה, וזה לא הולך להפסיק בקרוב." המעבדה שלו עבדה על אחד מההתקדמות של CRISPR אבל לא הייתה מעורבת באף אחד משני המחקרים החדשים - זה "מתסכל באופן אישי" לקבל מכות, הוא הוסיף.

תגלית אחת, בראשות הביוכימאי דייוויד ליו מאוניברסיטת הרווארד, מאריכה את 2016 שלוהַמצָאָהשל דרך לשנות "אות" או בסיס DNA בודד על הגנום האנושי באורך 3 מיליארד אותיות. קלאסי CRISPR חותך DNA עם מספריים מולקולריים ומשאיר את התא כדי לתקן את הפריצה, מה שמציג את הבעיה של 1,000 קופים לערוך משם. לעומת זאת, "עורך הבסיס" של ליו מחליף את המספריים המולקולריים במשהו כמו עיפרון המופעל על ידי זייפן מומחה: זהו אנזים שממש מסדר מחדש אטומים - בצורה נקייה וללא נזק נלווה שהתא צריך לתקן.

כמו ב-CRISPR הקלאסי, גרסה זו מוצאת את דרכה למטרה על הגנום באמצעות מולקולה שמתנהגת כמו כלב דם. לכלב הדם מחובר מסדר האטומים, שבגרסת ליו משנת 2016 הפך את אות ה-DNA G ל-A. אלפי מחלות גנטיות מתעוררות בגלל שלגן יש G שבו צריך להיות לו A, כך שהעריכה עשויה יום אחד לטפל או למנוע אוֹתָם.

אבל הפרעות תורשתיות אחרות זקוקות לקסם אלפביתי אחר. כך מדווחים ליו, הפוסט-דוקטורנטים ניקול גאדלי ואלכסיס קומור, ועמיתיהם ב-נְיָרבטבע: ה-"ABE" החדש שלהם (עורך בסיס אדנין) יכול להפוך את A ל-G. מחוברת למולקולת bloodhound של CRISPR, ABE עובדת "בעצם בכל אתר יעד ב-DNA גנומי", אמר ליו.

בבדיקות עד כה, הוא שינה את ה-DNA ביותר מהתאים האנושיים שגודלו במעבדה שאליהם הוא הוכנס מאשר CRISPR סטנדרטי (למרות כל תהילתו, CRISPR לעתים קרובות מבלבל את העבודה). נראה כי ABE גם מבצעת פחות עריכות מחוץ למטרה: בבדיקה אחת, היא פגעה בטעות בארבעה מתוך 12 האתרים מחוץ למטרה, בהשוואה לתשעה של CRISPR, ועשתה את הטעות הזו ב-1.3% מהמקרים בהשוואה ל-14% עבור CRISPR, אמר ליו. .

לכמחצית מ-32,000 המוטציות הידועות בעלות אות בודדת הגורמות למחלה יש אחת משגיאות הכתיב ש-ABE יכול לתקן, אמר ליו. הם כולליםתא מגל, טיי-זקס וסיסטיק פיברוזיס, מעוררים תקוות שניתן להשתמש ב-ABE לטיפול במחלות אלו, או (בעוברים מוקדמים) למנוע אותן. בבדיקות של תאים שגדלו בכלי מעבדה, ABE הפך את המוטציה שגורמת להמוכרומטוזיס תורשתית בכ-30 אחוז מהתאים, ושינה גן אחר לצורה שמונעת מחלת תאי חרמש גם אצל אנשים שיש להם מוטציה הגורמת למחלה.

כמו בכל צורות של CRISPR, לפני ש-ABE יעזור לחולים כלשהם, המדענים יצטרכו לבדוק אם זה בטוח ויעיל. "אבל להחזיק את המכונה המולקולרית זו התחלה טובה", אמר ליו, מייסד שותף של חברת CRISPR Editas Medicine. הוא ועמיתיו הגישו בקשה לפטנטים על ABE.

הביולוג של הרווארד ג'ורג' צ'רץ', מיקָשׁוּרלראשונה במירוץ לגרום ל-CRISPR לעבוד בתאים אנושיים, הנקראת עריכת בסיס "מעניינת במיוחד". שינוי של אות DNA בודדת, הוא אמר, פירושו "פחות דאגות לגבי האנזים העריכה [ב-CRISPR הקלאסי] שאחר כך ילך ונוכל או ישתוק". הוא גם מצפה שגידולים עם שינוי בסיס יחיד לא ייקבעו כ"טרנסגניים", מה שמפחית חסמים רגולטוריים למסחור.

במחקר נפרד, חלוץ CRISPR פנג ג'אנג ממכון Broad ועמיתיו גילו גרסה חדשה של CRISPR שיכולה לערוך RNA, בן דודו הפריזרי של DNA. בעוד שה-DNA יושב ברובו בצורה רגועה בתאים ומוציא פקודות לייצור חלבונים ששומרים על החיים, ה-RNA רוכסן סביב התא מבצע את הפקודות הללו, ואז נעלם. זה הופך את ה-RNA למטרה מפתה: על ידי עריכת הפקודות השגויות (RNA) ולא המוציא (DNA), מדענים עשויים להיות מסוגלים לבצע עריכות גנטיות זמניות והפיכות, ולא את הקבועות של CRISPR.

"קשה להפוך את עריכת ה-DNA, אבל ברגע שתפסיק לספק את מערכת עריכת ה-RNA, השינויים ייעלמו עם הזמן", אמר ג'אנג, גם מייסד שותף של Editas. "זה עשוי לאפשר לטפל במצבים שבהם אינך זקוק לעריכה קבועה," כגון כאשר מערכת החיסון נמצאת בכוח יתר וגורמת לדלקת.

כדי ליצור את מה שג'אנג ועמיתיו מכנים REPAIR ("עריכת RNA להחלפת A ל-I [G] שניתן לתכנת"), הם איחו אנזים שנקשר ל-RNA עם אחד שמשנה את האות RNA A (אדנוזין) לאינוזין, מולקולה דומה לאות RNA G (גואנוזין), הםדִוּוּחַבמדע. מעבדות אחרות, כולל זו של מפתחת CRISPR ג'ניפר דאודנה מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, התפתחו גם הן.עורכי RNA, כוללאֶחָדבאמצעות אותו אנזים Cas13. אבל היוצרים של REPAIR אומרים שהמוצר שלהם יעיל יותר ופחות מועד לשגיאות.

בבדיקות של תאים אנושיים שגדלו במעבדה, REPAIR תיקן שגיאות כתיב ב-RNA שנוצרו על ידי DNA גורם מחלות - במקרה זה, אנמיה של Fanconi, מחלת מח עצם תורשתית והרסנית, או סוכרת נפרוגנית אינסיפידוס, מחלת כליות חמורה מולדת. . למרות של-DNA עדיין היו מוטציות הגורמות למחלה, 23% ו-35%, בהתאמה, מה-RNA שנוצר על ידי אותם גנים פגומים טופלו. רמות אלו עשויות להיות גבוהות מספיק כדי לטפל במחלות. כ-5,800 מחלות תורשתיות הן תוצאה של תקלת G-to-A ש-REPAIR יכול לתקן, כולל אפילפסיה וניוון שרירים דושן.

גם REPAIR וגם ABE עשויים להסתכן במקום שבו CRISPR מעידה: בתאים בוגרים, כמו נוירונים, שאינם מתחלקים. במחקר שלא פורסם, אמר ליו, הוא וצוותו הראו ש-ABE יכול לערוך גנים בנוירונים, מה שמעלה את האפשרות לטפל במחלות נוירולוגיות הרסניות עם ABE.

המרוץ הזועם לשיפור CRISPR, באמצעות ABE או REPAIR או כל מה שיבוא אחר כך, אמר צ'רץ', הם "תזכורות חזקות לכמה רחוק CRISPR לעריכת גנום מדויקת בבני אדם".