نتایج یک مطالعه متاژنومیک از دانشگاه ترنتو نشان می دهد که جعبه ابزار CRISPR باید فضایی را برای آنزیم CRISPR دیگری باز کند. اختلال باید حداقل باشد زیرا آنزیم تازه شناسایی شده به طور غیرعادی فشرده است. از بیش از 1000 اسید آمینه تشکیل شده است. و با این حال به شدت فعال و بسیار دقیق است. امید این است که بتوان آن را با RNA راهنما در مدت زمان محدودی که توسط ناقل‌های ویروس مرتبط با آدنو (AAV) فراهم می‌شود، بسته‌بندی کرد و در نتیجه استفاده از ویرایش ژن درون تنی را در کاربردهای درمانی گسترش داد.
این مطالعه توسط Anna Cereseto، PhD، و Nicola Segata، PhD، از بخش زیست شناسی سلولی، محاسباتی و یکپارچه هدایت شد. Cereseto آزمایشگاهی را هدایت می کند که فناوری های پیشرفته ویرایش ژنوم و کاربرد آنها در بخش پزشکی را توسعه می دهد. سگتا رئیس آزمایشگاه متاژنومیکس است که در آن به بررسی انواع و ویژگی های میکروبیوم انسانی و نقش آن در سلامت می پردازد. همکاری آنها منجر به شناسایی مولکول های جدید CRISPR-Cas9 در یک باکتری روده شده است که می تواند پتانسیل بالینی برای درمان بیماری های ژنتیکی داشته باشد.
یافته های جزئی این مطالعه اخیراً در ارتباطات طبیعت، در مقاله ای با عنوان “CoCas9 یک هسته فشرده از میکروبیوم انسان برای ویرایش موثر و دقیق ژنوم است.”
«(از طریق) بازجویی از یک مخزن بسیار گسترده از ژنوم‌های مونتاژ شده با متاژنوم، عمدتاً از میکروبیوم‌های انسانی، ما تنوع زیادی را کشف می‌کنیم.n = 17173) از نوع II CRISPR-Cas loci،» نویسندگان مقاله نوشتند. در این میان ما CoCas9 را شناسایی می کنیم، یک نوکلئاز بسیار فعال و با وفاداری بالا با اندازه مولکولی کاهش یافته (1004 اسید آمینه) جدا شده از یک هسته کشت نشده کولینسلاگونه ها.”
دانشمندان دانشگاه ترنتو همچنین نحوه عملکرد CoCas9 در مدل‌های مرتبط بالینی، یعنی سلول‌های بنیادی/پیش‌ساز خونساز انسان و شبکیه موش را ارزیابی کردند. به عنوان مثال، در آزمایش‌هایی با شبکیه‌های موش، دانشمندان CoCas9 را با sgRNA آن از طریق ناقل‌های AAV برای هدف قرار دادن ژن RHO، که در شکل معمولی از اتوزومال غالب رتینیت پیگمانتوزا جهش یافته است، تحویل دادند.
نویسندگان مقاله گزارش دادند: «ما یک AAV8 یکپارچه با CoCas9 را که hRHO را به موش‌های 5 هفته‌ای از طریق تزریق زیر شبکیه هدف قرار می‌دهد، تجویز کردیم. چهار هفته پس از تجویز، ما تا 35.6 درصد از بازده ویرایش را در هدف hRHO مشاهده کردیم، با میانگین 10.5 درصد در هفت شبکیه. این نتایج پتانسیل CoCas9 را برای توسعه بالینی نشان داد.
محققان در سراسر جهان در حال بررسی درمان های ژنومی برای یافتن درمان های جدید برای اختلالات ژنتیکی هستند. ویرایش ژنوم با استفاده از سیستم CRISPR-Cas9 مبتنی بر استفاده از پروتئین Cas9 است که می‌تواند برای ایجاد تغییرات خاصی در ژنوم برای برش یا جایگزینی توالی‌های مضر DNA، اصلاح جهش‌هایی که باعث بیماری‌ها می‌شوند، برنامه‌ریزی شود. این بیوتکنولوژی در سال 2012 در ایالات متحده کشف شد و در حال حاضر منجر به یک درمان تایید شده، دارویی برای بیماری سلول داسی شکل شده است. اکنون مطالعه انجام شده توسط دانشگاه ترنتو تحقیقات ژنومی را یک گام به جلو آورده است.
Cereseto که از سال 2018 با توسعه evoCas9 در مطالعات روی ویرایشگر ژنومی شرکت داشته است، گفت: “در مقایسه با سایر رویکردهای CRISPR-Cas9، رویکردی که ما شناسایی کرده‌ایم دقیق و موثر و فشرده‌تر است.” این مولکول جدید CRISPR-Cas9، همانطور که توسط آزمایش‌های ما در شبکیه نشان داده شد، راحت‌تر به اندام‌هایی که باید در درمان بیماری‌های ژنتیکی درمان شوند، تحویل داده می‌شود.
گسترش دامنه ابزارهای CRISPR-Cas برای سرعت بخشیدن به توسعه درمان بیماری های ژنتیکی ضروری است. این را می‌توان با اصلاح آنزیم‌های طبیعی انجام داد، همانطور که در مورد evoCas9 بود، اما کشف آنزیم‌های تکامل‌یافته که می‌توانند کار کنند، مزایای بزرگی را به همراه دارد. همکاری با آزمایشگاه متاژنومیکس محاسباتی Segata به آزمایشگاه ویروس شناسی مولکولی Cereseto اجازه داده است تا بر روی ذخیره طبیعی وسیعی از سیستم های CRISPR-Cas9 که از آن ابزارهای ارزشمند جدیدی برای ویرایش ژنوم انسانی استخراج کند، روشن کند.
Cereseto و Segata خاطرنشان کردند: “با بازجویی از پایگاه داده ژنوم میکروبیوم که طی چندین سال ایجاد کرده ایم، تعداد زیادی Cas9 با خواص جالب برای ویرایش ژنوم کشف کردیم.” ما تنوع زیادی از CRISPR-Cas9 را در باکتری‌های ساکن روده کشف کرده‌ایم. به ویژه، ما نوکلئاز CoCas9 را در آن شناسایی کرده ایم کولینسلا، یک جنس باکتریایی است که اغلب در روده انسان یافت می شود.
توالی یابی کل میکروبیوم با استفاده از رویکرد متاژنومیک و به دنبال آن بازسازی آزمایشگاهی ژنوم های مونتاژ شده، منجر به شناسایی تنوع عظیمی از گونه ها شده است. کشف مجموعه ای از هسته های جدید Cas9، از جمله CoCas9، مجموعه ابزار ویرایش ژنوم را بزرگتر می کند.
دشواری مدیریت هنوز هم مانع توسعه درمان بیماری های ژنتیکی می شود. با این حال، CoCas9، به لطف اندازه کوچکش، پتانسیلی برای کاربردهای ژن درمانی نشان می دهد و بنابراین یک نامزد بالقوه برای بهینه سازی از طریق رویکردهای مهندسی است که مستحق بررسی بیشتر است. ما در حال حاضر روی پروژه های توسعه بالینی کار می کنیم.