ההבטחה לעריכת גנום כדי לסייע בהבנת מחלות אנושיות ויצירת טיפולים חדשים היא עצומה, אך למגבלות הטכנולוגיות יש קידום מוגבל של התחום. אמנם טכנולוגיות עריכה קיימות יכולות לשנות או למחוק זוגות בסיס בודדים בתוך 3 זוגות הבסיס של הגנום האנושי, אך הם מוגבלים ביכולתם לשנות מיקומים מרובים בו זמנית – ולעיתים יכולים לשנות באופן שגוי בסיסי DNA שכנים.
עם זאת, מחקר חדש של ייל מקדם את יכולתם של מדענים לערוך אתרי DNA מרובים על ידי פי שלושה ומסייע במניעת מוטציות לא רצויות באתרים גנטיים סמוכים.
הממצאים מתפרסמים בכתב העת Nature Communications.
הצלחנו להגדיל את מספר העריכות בתא יחיד תוך שיפור הדיוק של עריכות אלה. "
פארן אייזקס, פרופסור לביולוגיה מולקולרית, סלולרית והתפתחותית בפקולטה לאמנויות ומדעים של ייל ומחבר המחקר הבכיר
אייזקס קשור גם למכון לביולוגיה של מערכות בקמפוס ייל ווסט והמחלקה להנדסה ביו -רפואית בבית הספר להנדסה ומדע יישומי של ייל.
ההתקדמות בהנדסת גנום אפשרה לחוקרים לשנות ביעילות רבה יותר רצפים גנטיים יחידים המסייעים בשיפור ההבנה של תפקידיהם הביולוגיים. עם זאת, מרבית המחלות האנושיות, כולל סרטן, נובעות ממוטציות גנטיות מרובות.
"פנוטיפים רבים נובעים ממוטציות גנטיות מרובות, אך מרבית עריכת הגנים התמקדה באתר יחיד, שהגביל את ההתקדמות הטכנולוגית בתחום", אמר הסופר הראשון אנאבל שוויצר, שהוא סטודנט בבית הספר למדעים ומדעים של ייל וחבר במעבדה של אייזקס.
עריכת גנום אנושי מבחינה היסטורית אפשרה שינויים מדויקים של זוגות בסיס יחיד על ידי הכרת או הכנסת רצפים חדשים במיקום יחיד לאורך גדיל ה- DNA. עם זאת, טכנולוגיות עריכת גנים קונבנציונאליות – כמו CRISPR CAS9 – הוגבלו על ידי דור הפסקות גדילים כפולים ב- DNA המציגים שינויים לא רצויים בגנום. בעוד שהתפתחות עורכי הבסיס אפשרה שינוי כימי ישיר של נוקליאוטידים של DNA יעד, מה שמאפשר לחוקרים להימנע מהפסקות גדילים כפולים של DNA, טכנולוגיית עריכת בסיס הוגבלה על ידי מספרם ודיוק של עריכות בסיס יחיד שניתן להשיג.
אם רואים ב- DNA כתכת יד מסיבית של 3 מיליארד תווים, הטכנולוגיה ההנדסית החדשה מאפשרת למעשה לחוקרים לבצע שינויים מרובים בפרקים שונים בו זמנית, ולא רק לערוך מילים או משפטים בודדים בעמוד אחד. עם זאת, לשיפורים בהנדסת הגנום יש גם חסרונות. לפעמים נעשים עריכות במיקומים לא מכוונים מה שמקשה על הערכת השפעות השינויים.
לצורך המחקר החדש, צוות ייל השתמש בחלבון CAS12 הקשור ל- CRISPR – הדומה ל- CAS9, חלבון שיכול לפעול כמעין "מספריים מולקולריים" שיכולים לחתוך או לשנות במדויק חלקים של DNA – וכביכול RNAs מדריך (GRNA). כאשר הם מתמזגים לאנזים, CAS9 ו- CAS12 יכולים לבצע שינויים כימיים ממוקדים ל- DNA במיקומים שנקבעו על ידי רצף ה- gRNA. הצוות בחר ב- CAS12 בגלל היכולת המולדת שלו לעבד מערך RNA המכיל GRNAs רבים. כדי לשפר את דיוק העריכה, הצוות הנדס את ה- GRNA על ידי קיצור רצף ה- gRNA או שינוי בסיסי ה- RNA.
לאחר מכן הם השתמשו במערכת החדשה כדי לשנות בהצלחה את רצפי הגנים בדיוק רב יותר ב -15 אתרים שונים בתאים אנושיים – פי שלושה ממקומות רבים ככל שהועברו בעבר.
השיפור לא רק יעזור להעריך את שורשי המחלות הגנטיות המורכבות, כמו סרטן, אלא גם ינחה את התפתחותן של תרופות מעצבות חדשות המאפשרות גנומים סינתטיים שפותחו במעבדת אייזקס.
המחברים טוענים כי "התגברות על מכשולים מרכזיים אלה של טכנולוגיות הנדסת גנום של יונקים תהיה קריטית לשימושם בחקר מחלות הקשורות לגרסאות נוקלאוטידים בודדות ובגנום יונקים סינטטי הנדסי".
המחקר מומן בעיקר על ידי אוניברסיטת ייל והמכונים הלאומיים לבריאות.
מחברי ייל אחרים כוללים את אטואה אדמס, מייקל נגוין ומונקול לק.
