עריכת הגנום עם קומפלקסים שונים של מולקולות CRISPR-Cas התקדמה במהירות בשנים האחרונות. מאות מעבדות ברחבי העולם פועלות כעת להכניס את הכלים הללו לשימוש קליני ומקדמות אותם ללא הרף.
כלי CRISPR-Cas מאפשרים לחוקרים לשנות אבני בניין בודדות של חומר גנטי בצורה מדויקת וממוקדת. טיפולים גנטיים המבוססים על עריכת גנים כזו כבר נמצאים בשימוש לטיפול במחלות תורשתיות, להילחם בסרטן וליצור יבולים עמידים לבצורת ולחום.
התחלת התיקון
הקומפלקס המולקולרי CRISPR-Cas9, הידוע גם כמספריים גנטיות, הוא הכלי הנפוץ ביותר על ידי מדענים ברחבי העולם. הוא חותך את ה-DNA הדו-גדילי במקום המדויק שבו צריך לשנות את החומר הגנטי. זה מנוגד לשיטות עריכת גנים חדשות יותר, שאינן חותכות את הגדיל הכפול.
החתך מפעיל שני מנגנוני תיקון טבעיים שהתא משתמש בהם לתיקון נזקים כאלה: מהיר אך לא מדויק שמחבר מחדש רק את קצוות ה-DNA הנחתך, ואחד איטי ומדויק שהוא איטי ויסודי אך לא מופעל בכל מקרה. זה האחרון דורש תבנית הניתנת להעתקה לתיקון כדי להצטרף מחדש במדויק ל-DNA באתר החתך.
הגרסה האיטית נקראת תיקון מכוון הומולוגיה. חוקרים רוצים להשתמש בשיטת תיקון זו מכיוון שהיא מאפשרת שילוב מדויק של מקטעי DNA בודדים לאזור גן רצוי. הגישה גמישה מאוד וניתן להשתמש בה לתיקון גנים שונים של מחלות.
באופן עקרוני, זה יכול לשמש לריפוי כל מחלה".
יעקב קורן, פרופסור לביולוגיה של הגנום ב-ETH ציריך
הגברת היעילות עם מולקולה אחת
כדי לגרום לתא להשתמש בתיקון מכוון הומולוגיה, החוקרים החלו לאחרונה להשתמש במולקולה בשם AZD7648, שחוסמת תיקון מהיר ומאלצת את התא להשתמש בתיקון מכוון הומולוגיה. גישה זו צפויה להאיץ את הפיתוח של טיפולים גנטיים יעילים יותר. מחקרים ראשוניים עם טיפולים חדשים אלה היו טובים. טוב מכדי להיות אמיתי, כפי שהתברר.
קבוצת מחקר בראשות ג'ייקוב קורן גילתה זה עתה שלשימוש ב-AZD7648 יש תופעות לוואי חמורות. המחקר פורסם זה עתה בכתב העת טבע ביוטכנולוגיה.
שינויים גנטיים מסיביים
למרות ש-AZD7648 מקדם תיקון מדויק ובכך עריכת גנים מדויקת באמצעות מערכת CRISPR-Cas9 כמקווה, בחלק ניכר מהתאים זה הוביל לשינויים גנטיים מסיביים בחלק מהגנום שהיה צפוי להשתנות ללא צלקות. חוקרי ה-ETH מצאו ששינויים אלו הביאו למחיקה פשוטה של אלפי ואלפי אבני בניין DNA, המכונות בסיסים. אפילו זרועות כרומוזומים שלמות נשברו. זה הופך את הגנום לבלתי יציב, עם השלכות בלתי צפויות על התאים שנערכים על ידי הטכניקה.
"כאשר ניתחנו את הגנום באתרים שבהם הוא נערך, הוא נראה נכון ומדויק. אבל כשניתחנו את הגנום בצורה רחבה יותר, ראינו שינויים גנטיים מסיביים. אלה לא נראים כאשר מנתחים רק את הקטע הקצר והערוך. השכונה הקרובה שלו", אומר גרגואר קולו, פוסט-דוקטורט בקבוצתו של קורן והמחבר הראשון של המחקר.
היקף הנזק גדול
היקף ההשפעות השליליות הפתיע את החוקרים. למעשה, הם חושדים שעדיין אין להם תמונה מלאה של היקף הנזק המלא, משום שהם לא הסתכלו על הגנום כולו בעת ניתוח התאים המותאמים, אלא רק אזורים חלקיים.
לכן יש צורך בבדיקות, גישות ותקנות חדשות כדי להבהיר את היקף הנזק ופוטנציאל הנזק.
המולקולה AZD7648 אינה ידועה. הוא נמצא כעת בניסויים קליניים כטיפול פוטנציאלי לסרטן.
אבל איך התוודעו חוקרי ה-ETH לבעיה? במחקרים אחרים, החוקרים הראו עד כמה יעילה ומדויקת עריכת גן CRISPR-Cas9 כאשר מוסיפים AZD7648. "זה גרם לנו לחשוד, אז בדקנו מקרוב", אומר יעקב קורן.
לאחר מכן ניתחו חוקרי ETH את רצף אבני הבניין של ה-DNA לא רק סביב האתר הערוך אלא גם בסביבה הרחבה יותר. הם גילו את תופעות הלוואי הלא רצויות והקטסטרופליות הללו שנגרמו כתוצאה משימוש ב-AZD7648.
המחקר שלהם הוא הראשון שמתאר את תופעות הלוואי הללו. גם קבוצות מחקר אחרות חקרו אותן ותומכות בממצאי חוקרי ה-ETH. הם גם שואפים לפרסם את התוצאות שלהם. "אנחנו הראשונים לומר שלא הכל נפלא", אומר קורן. "עבורנו, מדובר בנסיגה גדולה מכיוון שכמו מדענים אחרים, קיווינו להשתמש בטכניקה החדשה כדי להאיץ את הפיתוח של טיפולים גנטיים".
התחלה של משהו חדש
עם זאת, קורן אומר שזה לא הסוף אלא ההתחלה של התקדמות נוספת בעריכת גנים באמצעות טכניקות CRISPR-Cas. "הפיתוח של כל טכנולוגיה חדשה היא דרך סלעית. מעידה אחת לא אומרת שאנחנו מוותרים על הטכנולוגיה".
ייתכן שניתן יהיה למנוע את הסכנה על ידי שימוש לא רק במולקולה אחת כדי לקדם HDR בעתיד אלא בקוקטייל של חומרים שונים. "יש הרבה מועמדים אפשריים. עכשיו צריך לברר מאילו רכיבים קוקטייל כזה צריך להיות מורכב כדי לא לפגוע בגנום".
טיפולים גנים המבוססים על מערכת CRISPR-Cas כבר שימשו בהצלחה בפרקטיקה הקלינית. בשנים האחרונות, למשל, טופלו מאה חולים הסובלים מהמחלה התורשתית אנמיה חרמשית בתרופות טיפוליות מבוססות CRISPR-Cas – ללא AZD7648. "כל החולים נחשבים לריפוי ואין להם תופעות לוואי", אומר קורן. "לכן, אני אופטימי שטיפולים גנטיים כמו זה יהפכו למיינסטרים. השאלה היא איזו גישה היא הנכונה ומה עלינו לעשות כדי שהטכניקה תהיה בטוחה עבור כמה שיותר מטופלים".
