מדענים ורופאים יכולים להעריך טוב יותר את טכנולוגיית עריכת הגנום המדויקת באמצעות שיטה חדשה שפורסמה היום על ידי בית החולים לחקר הילדים של סנט ג'וד. כמויות משמעותיות של זמן ומשאבים המושקעים בשיפור טכנולוגיית עריכת הגנים של CRISPR מתמקדות בזיהוי אתרים קטנים מחוץ ליעד המהווים סיכון בטיחותי, שהוא גם מאתגר מבחינה טכנית. חוקרי סנט ג'וד התייחסו לבעיה על ידי יצירת Circularization עבור ניתוח תפוקה גבוהה של אפקטים רחבי הגנום של Nuclease על ידי עורכי בסיס רצף (CHANGE-seq-BE), שיטה חסרת פניות, רגישה וחסכונית במשאבים למציאת עריכות אלה מחוץ ליעד. הוא עלה על הגישות הקונבנציונליות וכבר שימש לתמיכה בעבודה קלינית. הטכניקה פורסמה ב טבע ביוטכנולוגיה.
בעוד שטכנולוגיית עריכת הגנום המסורתית משתמשת ב-CRISPR-Cas9 כדי לחתוך קטע קטן של DNA מהגנום, מדענים המשיכו לפתח גרסאות מדויקות יותר, כולל עורכי בסיסים, שיכולים למצוא ולהחליף זוגות בסיסים של DNA בודדים.
פיתחנו את CHANGE-seq-BE כדי לאפשר למדענים להבין טוב יותר את עורכי הבסיס, מחלקה חשובה של עורכי גנום מדויקים של CRISPR. זוהי דרך פשוטה ויעילה להבין את הפעילות הגלובלית של עורכי בסיס, המאפשרת לחוקרים לבחור עורכים ספציפיים ופעילים במיוחד ושילובי יעד למחקר או טיפול".
שנגדאר צאי, דוקטורט, מחבר מקביל, המחלקה להמטולוגיה בסנט ג'וד
CHANGE-seq-BE כבר מאומצת כדי לתמוך במחקר קליני. המאמר שפורסם היום כולל תיאור מקרה של פנייה לשעת חירום ל מינהל המזון והתרופות (FDA) עבור עורך בסיס המטפל בתסמונת X-linked Hyper IgM (X-HIGM) חסרת CD40L. X-HIGM היא מחלה חיסונית גנטית שעריכה בסיסית עשויה לתקן. CHANGE-seq-BE הצליח לאשר 95.4% ספציפיות על היעד מהעורך הבסיסי בו נעשה שימוש, ללא פעילות משמעותית מחוץ למטרה, וסיפק נתוני בטיחות יקרי ערך שיעזרו לקדם את הטיפול של המטופל.
"זו הייתה אפליקציה ממש מרגשת לתמוך בבקשת חירום ל-FDA לטפל בחולה במהירות", אמר צאי. "היא מדגימה כיצד שיטה זו מאפשרת הבנה מהירה של מה שעושים העורכים הללו בגנום ומסייעת לקדם טיפולים אקטיביים וספציפיים מבטיחים."
שילוב של יעילות עם גישה חסרת פניות מספק תוצאות טובות יותר
המעבדה של Tsai יצרה CHANGE-seq-BE מכיוון ששיטות קונבנציונליות להערכת בטיחות עורכי הבסיס היו צריכים לבחור בין כיסוי מקיף ושימוש יעיל במשאבים. טכניקות מסוימות למצוא באופן מקיף את הפעילות מחוץ למטרה של עריכת בסיס בצורה חסרת פניות דורשות רצף גנום שלם, שעלול להיות יקר וגוזל זמן רב. לחלופין, טכניקות מסוימות בוחרות מראש יעדים חשודים מחוץ ליעדים כדי לבצע פחות רצף ולחסוך במשאבים, אך טכניקות מוטות אלו לעולם לא יכולות לזהות עריכות בלתי צפויות מחוץ ליעד. המדענים של סנט ג'וד תכננו את CHANGE-seq-BE כדי ללכוד את הטוב משתי הגישות: פתרון מקיף שיהיה גם חסכוני במשאבים.
לשם כך, CHANGE-seq-BE מתחיל עם גנום שלם, אבל במקום לסדר אותו מיד, מדענים מחלקים את הגנום למעגלים זעירים של DNA. לאחר מכן הם לוקחים את המעגלים האלה וחושפים אותם לעורך הבסיס הנבדק. לאחר מכן, הם מטפלים ב-DNA עם אנזים מיוחד שמזהה אם התרחשה עריכת בסיס, פותחים את אותם – ורק אלה – עיגולי DNA עם עדות לעריכת בסיס לגדילים ליניאריים. לאחר מכן, הגדילים הליניאריים של ה-DNA עוברים רצף סלקטיבי, הדורשים הרבה פחות משאבים מאשר טכניקות מתחרות. הם עשו אופטימיזציה עבור שני הסוגים העיקריים של עורכי בסיס (עורכי בסיס אדנין וציטוזין). לאחר שפיתחו את השיטה, המדענים רצו לדעת אם היא באמת מקיפה וחסכונית יותר במשאבים מאשר גישות קונבנציונליות, אז הם בדקו אותן ראש בראש.
"כשהשווינו את זה ישירות לשיטות אחרות, CHANGE-seq-BE מצא כמעט את כל האתרים שנבחרו בשיטות האלה, כמו גם רבים שהיא הצליחה לזהות באופן בלעדי", אמר צאי. "הראינו שהגישה הבלתי משוחדת הזו הייתה רגישה יותר תוך שימוש רק בכ-5% מקריאות הרצף."
לאור רגישות הטכניקה, קלות השימוש וניצול יעיל של משאבים, אחרים כבר החלו לאמץ אותה. פרוטוקולים ניסויים מלאים ותוכנה כדי לאפשר את CHANGE-seq-BE מתוארים במחקר, המאפשרים אימוץ זה. לדוגמה, בנוסף ליישום הקליני המדווח במאמר, ניסויים קליניים בסנט ג'וד ומחוצה לה שילבו את הטכניקה בתכנון שלהם, תוך שימוש בה ככלי להערכת בטיחות ויעילות. CHANGE-seq-BE שימש לאחרונה גם לאפיון המטופל הספציפי הראשון in vivo טיפול לעריכת גנום. מעבדות מחקר בסיסיות שחוקרות עריכה בסיסית החלו להשתמש בה גם כדי לבדוק יעדים מחוץ למטרות בשלב מוקדם בתהליך שלהן, ולזהות טוב יותר את הגישות המבטיחות ביותר ליישום מאשר מסכים קיימים. המאמצים המוקדמים הללו מראים את כוח המשיכה של הטכניקה לחוקרים ולרופאים כאחד, ואת הבטחתה לדחוף קדימה את עתיד העריכה הבסיסית.
"אפשרנו לאלה שמפתחים טיפולים אלה להבין ולמצוא במהירות את העורכים הבסיסיים עם הפעילות והספציפיות הגבוהה ביותר", אמר צאי. "אנו מקווים ששיטות כמו CHANGE-seq-BE יפתחו את הדלת לעוד טיפולים לעריכת גנום שמפותחים ומגיעים לחולים הזקוקים להם."
