ในการทดลอง ‘ตัวแก้ไขพื้นฐาน’ ย้อนกลับการกลายพันธุ์ที่ก่อให้เกิดโรค
เครื่องมือแก้ไขยีนแบบใหม่สามารถแก้ไขข้อผิดพลาดในการสะกดคำ 20รับ100 ทางพันธุกรรมที่ก่อให้เกิดโรคได้ประมาณครึ่งหนึ่ง
นักวิจัยได้ปรับปรุงโปรแกรมแก้ไขยีน CRISPR/Cas9 เพื่อแปลงอะดีนีนของเบสดีเอ็นเอเป็นกวานีน นักเคมีชีวภาพ David Liu และเพื่อนร่วมงานรายงานวันที่ 25 ตุลาคมในNature ในการศึกษาแยกที่ตีพิมพ์ในวันที่ 25 ตุลาคมในScienceนักวิจัยคนอื่นๆ ที่นำโดย Feng Zhang ผู้บุกเบิก CRISPR ได้ออกแบบโปรแกรมแก้ไขยีนใหม่ที่เรียกว่า CRISPR/Cas13 เพื่อแก้ไขการสะกดผิดแบบเดียวกันใน RNAแทนที่จะเป็น DNA
เมื่อใช้ร่วมกับ CRISPR/Cas9 เวอร์ชันอื่นๆ บรรณาธิการใหม่นี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เครื่องมือที่มีความแม่นยำมากขึ้นสำหรับการแก้ไขโรค
CRISPR/Cas9 เป็นกรรไกรโมเลกุลที่ตัดดีเอ็นเอ นักวิทยาศาสตร์สามารถนำกรรไกรไปยังตำแหน่งที่ต้องการตัดในหนังสือคำสั่งทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตด้วย RNA ไกด์ที่ตรงกับ DNA ที่ไซต์เป้าหมาย เครื่องมือนี้ถูกใช้เพื่อสร้างการกลายพันธุ์หรือแก้ไขในสัตว์และในเซลล์ของมนุษย์ รวมทั้งตัวอ่อนของมนุษย์ ( SN: 10/14/17, p. 8 )
นวัตกรรม ที่หลากหลายช่วยให้ CRISPR/Cas9 เปลี่ยนคำสั่งทางพันธุกรรมโดยไม่ต้องตัด DNA ( SN: 9/3/16, p. 22 ) เวอร์ชันก่อนหน้าของ “ตัวแก้ไขพื้นฐาน” ซึ่งกำหนดเป้าหมายการพิมพ์ผิดที่เกี่ยวข้องกับข้อผิดพลาดในการสะกดคำทางพันธุกรรมที่ก่อให้เกิดโรคอีกครึ่งหนึ่ง ถูกนำมาใช้เพื่อดัดแปลงยีนในพืช ปลา หนู และแม้แต่ตัวอ่อนของมนุษย์
Gene Yeo นักชีววิทยา RNA จาก University of California, San Diego กล่าว “เรารู้ว่ามีข้อเสียในการตัด DNA” เขากล่าว ข้อผิดพลาดมักเกิดขึ้นเมื่อเครื่องจักรเซลลูลาร์พยายามซ่อมแซม DNA ที่แตกสลาย และถึงแม้จะแม่นยำ แต่บางครั้ง CRISPR ก็ตัด DNA ในตำแหน่งที่คล้ายกับเป้าหมาย ทำให้มีความเป็นไปได้ที่จะทำให้เกิดการกลายพันธุ์ใหม่ในที่อื่นๆ Yeo กล่าวว่า “การแก้ไขถาวรที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องใน DNA อาจไม่ดี” “เอกสารทั้งสองนี้มีวิธีการที่แตกต่างกันในการแก้ปัญหานั้น”
บรรณาธิการใหม่อนุญาตให้นักวิจัยเขียนใหม่ทั้งสี่ฐานที่เก็บข้อมูลใน DNA และ RNA
บสทั้งสี่นั้นเป็นอะดีนีน (A) ซึ่งจับคู่กับไทมีน (T) (หรือยูราซิล (U) ในอาร์เอ็นเอ) และกวานีน (G) จับคู่กับไซโตซีน (C) การกลายพันธุ์ที่เปลี่ยนคู่เบส CG เป็นคู่ TA เกิดขึ้น 100 ถึง 500 ครั้งต่อวันในเซลล์ของมนุษย์ การกลายพันธุ์ส่วนใหญ่นั้นอาจไม่เป็นพิษเป็นภัย แต่บางส่วนอาจเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและการทำงานของโปรตีน หรือรบกวนการทำงานของยีน ทำให้เกิดโรคได้ Liu ผู้ตรวจสอบสถาบันการแพทย์ Howard Hughes แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดกล่าวว่าประมาณครึ่งหนึ่งของการกลายพันธุ์ 32,000 ครั้งที่เกี่ยวข้องกับโรคทางพันธุกรรมของมนุษย์เป็นการเปลี่ยนแปลง CG เป็น TA จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครสามารถทำได้เกี่ยวกับเรื่องนี้ เขากล่าว
ใน RNA ซึ่งเป็นลูกพี่ลูกน้องทางเคมีของ DNA เอ็นไซม์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติบางชนิดสามารถย้อนกลับการกลายพันธุ์ทั่วไปนี้ได้ เอนไซม์ดังกล่าวจะเปลี่ยน adenine เป็น inosine (I) ทางเคมี ซึ่งเซลล์ตีความว่าเป็น G การแก้ไข RNA ดังกล่าวเกิดขึ้นบ่อยครั้งในหมึกและปลาหมึกอื่นๆและบางครั้งในมนุษย์ ( SN: 4/29/17, p. 6 )
Zhang จาก Broad Institute of MIT และ Harvard และเพื่อนร่วมงานได้สร้างเอนไซม์แก้ไข RNA ที่เรียกว่า ADAR2 ให้เป็นเครื่องมือแก้ไขยีนที่ตั้งโปรแกรมได้ ทีมงานเริ่มต้นด้วย CRISPR/Cas13 ซึ่งเป็นกรรไกรโมเลกุลที่ปกติจะตัด RNA การทำให้ใบมีดทื่อให้เครื่องมือจับแทนการหั่น Zhang และเพื่อนร่วมงานได้ติดตั้งส่วนแปลง A-to-I ของ ADAR2 เป็น CRISPR/Cas13 เครื่องมือที่เรียกว่า REPAIR แก้ไขจาก 13 เปอร์เซ็นต์เป็นประมาณ 27 เปอร์เซ็นต์ของ RNA ของยีนสองยีนในเซลล์ของมนุษย์ที่ปลูกในจาน นักวิจัยไม่พบการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ต้องการ
การแก้ไข RNA นั้นดีสำหรับการแก้ไขชั่วคราว เช่น การปิดโปรตีนที่ส่งเสริมการอักเสบ แต่ในการแก้ไขการกลายพันธุ์จำนวนมาก จำเป็นต้องมีการซ่อมแซม DNA อย่างถาวร Liu กล่าว
ในปี 2016 ทีมของ Liu ได้สร้างตัวแก้ไขพื้นฐานที่แปลง C เป็น T นักวิจัยชาวจีนรายงานในProtein & Cellเมื่อวันที่ 23 กันยายนว่า พวกเขาใช้ตัวแก้ไขพื้นฐานแบบเก่าในตัวอ่อนของมนุษย์เพื่อซ่อมแซมการกลายพันธุ์ที่ทำให้เกิดความผิดปกติ ของเลือด beta-thalassemia แต่เอดิเตอร์นั้นไม่สามารถทำการเปลี่ยนแปลงในทางตรงข้ามได้ โดยเปลี่ยนจาก A เป็น G
ต่างจาก RNA ตรงที่ไม่มีเอ็นไซม์ใดทำการแปลง A-to-I ใน DNA ตามธรรมชาติ ดังนั้น Nicole Gaudelli ในห้องทดลองของ Liu จึงบังคับให้ แบคทีเรีย E. coliพัฒนาหนึ่งตัว จากนั้นนักวิจัยได้ติดตั้งตัว แปลง E. coli DNA, TadA ให้เป็น Cas9 เวอร์ชันที่ “ตายแล้ว” ซึ่งถูกปิดใช้งาน ดังนั้นจึงไม่สามารถตัด DNA ทั้งสองสายได้ ผลที่ได้คือตัวแก้ไขฐานที่เรียกว่า ABE ซึ่งสามารถเปลี่ยนคู่เบส AT เป็นคู่ GC ได้ประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์ของเซลล์ของมนุษย์ที่ทดสอบ 20รับ100
