עריכת הגנום הפכה לטכנולוגיה מאומצת לשינוי ה-DNA בתאים, ומאפשרת למדענים לחקור מחלות במעבדה ולפתח טיפולים לתיקון מוטציות הגורמות למחלות. עם זאת, עם הגישות הנוכחיות, ניתן לערוך רק תאים במיקום אחד בכל פעם.
כעת, צוות של מדענים במכוני גלדסטון פיתח שיטה חדשה המאפשרת להם לבצע עריכות מדויקות במספר מיקומים בתוך תא, בבת אחת. באמצעות מולקולות הנקראות רטרונים, הם יצרו כלי שיכול לשנות ביעילות DNA בחיידקים, שמרים ותאים אנושיים.
"רצינו לדחוף את גבולות הטכנולוגיות הגנומיות על ידי כלים הנדסיים שיעזרו לנו לחקור את המורכבות האמיתית של ביולוגיה ומחלות", אומר חוקר שותף סת' שיפמן, PhD, מחבר בכיר של מחקר חדש שפורסם ב- ביולוגיה כימית של הטבע.
כיבוש מגבלות
שיפמן היא מובילה בתחום המתהווה והצומח במהירות של הרטרונים, שהם רכיבים מולקולריים ממערכת חיסון חיידקית שיכולה לייצר כמויות גדולות של DNA. בשנת 2022, על ידי שילוב של רטרונים עם עריכת גנום CRISPR-Cas9, המעבדה שלו הייתה חלוצה של מערכת לעריכת תאים אנושיים במהירות וביעילות.
עם המחקר החדש, החוקרים רצו להשתמש במערכת שלהם כדי להתגבר על מגבלה של שיטות עריכת הגנום הנוכחיות.
"אם רצית לערוך תא במספר מיקומים של הגנום שאינם קרובים זה לזה, הגישה הסטנדרטית עד עכשיו הייתה לבצע את השינויים בזה אחר זה", מסביר אלחנדרו גונזלס-דלגאדו, דוקטורט, אחד המחברים הראשונים של המחקר ופוסט-דוקטורט במעבדתו של שיפמן. "זה היה מחזור עמל: תחילה היית מבצע עריכה, אחר כך היית משתמש בתאים הערוכים כדי להציג עריכה נוספת, וכן הלאה."
במקום זאת, הצוות מצא דרך לקודד רטרון כדי שיוכל ליצור חלקים שונים של DNA. כאשר הם מועברים לתא, הרטרונים המהונדסים האלה, הנקראים מולטיטרונים, יכולים לבצע עריכות מרובות בו-זמנית.
יתרון נוסף של מולטיטרונים הוא יכולתם למחוק חלקים גדולים מהגנום.
עם מולטיטרונים, אנו יכולים לבצע מחיקות רציפות כדי לחתוך ולמוטט חלקים אמצעיים של אזור הגנום שאליו אנו מכוונים, ולקרב את הקצוות הרחוקים זה לזה עד שהאזור כולו יימחק לחלוטין."
אלחנדרו גונזלס-דלגאדו, דוקטורט, אחד הכותבים הראשונים של המחקר
יישומים פוטנציאליים רבים
כחלק מהמחקר שלהם, שיפמן וצוותו הדגימו יישומים מיידיים לשיטה החדשה שלהם ברישום מולקולרי ובהנדסה מטבולית.
רטונים, הם הראו בעבר, יכולים לשמש כדי לתעד אירועים מולקולריים בתא, ולספק יומן מפורט של פעילות התא והשינויים בסביבתו. עם מולטיטרונים, החוקרים הרחיבו גישה זו ויכולים כעת להקליט ברגישות רבה יותר.
"מולטיטרונים מאפשרים לנו להקליט אותות חלשים מאוד וחזקים מאוד בו זמנית, ומרחיבים את הטווח הדינמי של ההקלטות שלנו", אומר גונזלס-דלגאדו. "בסופו של דבר, נוכל לדמיין ליישם סוג זה של כלי במיקרוביום המעי כדי להקליט אות כמו דלקת."
באשר להנדסה מטבולית, המדענים הראו שניתן להשתמש במולטיטרונים כדי לערוך בו זמנית מספר גנים במסלול מטבולי כדי להגביר במהירות את הייצור של חומר ממוקד בתוך תא. הם בדקו את הגישה שלהם על נוגד חמצון רב עוצמה בשם ליקופן והגבירו בהצלחה את ייצור התרכובת הזו פי שלושה.
"כדי להתחיל לעצב מחלות גנטיות מורכבות ובסופו של דבר למצוא טיפולים או תרופות, עלינו לעשות מוטציות רבות ושונות לתאים בבת אחת", אומר שיפמן, שהוא גם פרופסור חבר במחלקה לביו-הנדסה ומדעי הטיפול באוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו. , כמו גם חוקר צ'אן צוקרברג ביוהוב. "הגישה החדשה שלנו היא צעד לקראת זה".
