Neues genetisches Analysetool verfolgt Risiken von CRISPR-Änderungen

Seit seiner bahnbrechenden Entwicklung vor mehr als einem Jahrzehnt hat CRISPR die DNA-Bearbeitung in vielen Bereichen revolutioniert. Heute nutzen Wissenschaftler das immense Potenzial dieser Technologie für die menschliche Gesundheit und Krankheiten und zielen auf neue Behandlungen für eine Reihe von Erkrankungen ab, von Krebs über Blutkrankheiten bis hin zu Diabetes.

Bei einigen Behandlungsmethoden werden Patienten mit CRISPR behandelte Zellen oder verpackte CRISPR-Komponenten injiziert, mit dem Ziel, erkrankte Zellen durch präzise genetische Veränderungen zu reparieren. Doch obwohl sich CRISPR als vielversprechendes Therapieinstrument der nächsten Generation erwiesen hat, sind Modifikationen der Technologie immer noch unvollkommen. CRISPR-basierte Gentherapien können unbeabsichtigte, aber schädliche Veränderungen an Teilen des Genoms verursachen, die manchmal zu neuen Krebsarten oder anderen Krankheiten führen.

Um Wissenschaftlern dabei zu helfen, die komplexe biologische Dynamik hinter On-Target- und Off-Target-CRISPR-Modifikationen zu verstehen, sind Lösungen der nächsten Generation erforderlich. Die Landschaft dieser neuen Werkzeuge ist jedoch entmutigend, da komplexe Körpergewebe aus Tausenden verschiedener Zelltypen bestehen und CRISPR-Modifikationen von vielen verschiedenen biologischen Signalwegen abhängen können.

Forscher der University of California in San Diego haben ein neues genetisches System entwickelt, um die Mechanismen zu testen und zu analysieren, die den Ergebnissen der CRISPR-basierten DNA-Reparatur zugrunde liegen. Wie beschrieben in Natürliche KommunikationDer Postdoktorand Zhiqian Li, Professor Ethan Bier und Kollegen entwickelten einen Sequenzanalysator, um Mutationsänderungen am Ziel und außerhalb des Ziels und deren Vererbung von einer Generation zur nächsten zu verfolgen. Basierend auf einem Konzept des ehemaligen UC San Diego-Forschers David Kosman kann das Integrated Classifier Pipeline (ICP)-Tool bestimmte Kategorien von Mutationen aufdecken, die aus der CRISPR-Bearbeitung resultieren.

ICP wurde bei Fliegen und Mücken entwickelt und liefert einen „Fingerabdruck“ der Art und Weise, wie genetisches Material vererbt wird. Dadurch können Wissenschaftler die Quelle von Mutationsveränderungen und die damit verbundenen Risiken, die sich aus potenziell problematischen Veränderungen ergeben, verfolgen.

„Das ICP-System kann eindeutig feststellen, ob ein bestimmtes Insekt bestimmte genetische Komponenten der CRISPR-Maschinerie von seiner Mutter oder seinem Vater geerbt hat, da mütterliche und väterliche Übertragung zu völlig unterschiedlichen Fingerabdrücken führt“, sagte Bier, Professor an der UC San Diego School. der Biowissenschaften.

ICP kann dabei helfen, die komplexen biologischen Probleme zu entschlüsseln, die bei der Bestimmung der Mechanismen hinter CRISPR auftreten. Obwohl ICP in Insekten entwickelt wurde, verfügt es über ein enormes Potenzial für menschliche Anwendungen.

„Es gibt viele parallele Anwendungen von ICP, um die Ergebnisse der CRISPR-Bearbeitung beim Menschen nach einer Gentherapie oder während der Tumorprogression zu analysieren und zu verfolgen“, sagte Li, Erstautor der Studie. „Diese flexible und transformative Analyseplattform bietet viele mögliche effektive Einsatzmöglichkeiten, um die sichere Anwendung modernster Gesundheitstechnologien der nächsten Generation zu gewährleisten. »

ICP bietet auch Hilfe bei der Verfolgung der Vererbung zwischen Generationen in Gene-Drive-Systemen, bei denen es sich um neue Technologien zur Verbreitung von CRISPR-Modifikationen in Anwendungen wie der Verhinderung der Malariaübertragung und dem Schutz landwirtschaftlicher Nutzpflanzen vor der Zerstörung durch Schädlinge handelt.

Forscher könnten beispielsweise eine einzelne Mücke in dem Feld auswählen, in dem ein Gene-Drive-Test durchgeführt wird, und mithilfe der ICP-Analyse feststellen, ob diese Person das genetische Konstrukt ihrer Mutter oder ihres Vaters geerbt hat und ob sie ein defektes Element geerbt hat. die entscheidenden sichtbaren Marker dieses genetischen Elements fehlen.

„Das CRISPR-Bearbeitungssystem kann eine Genauigkeit von mehr als 90 % erreichen“, sagte Bier, „aber wenn es immer wieder bearbeitet, macht es irgendwann einen Fehler. Unterm Strich kann man mit dem ICP-System ein Bild mit sehr hoher Auflösung erhalten.“ .was schiefgehen kann.“

Co-Autoren waren neben Li und Bier auch Lang You und Anita Hermann. Kosman, ein ehemaliges Mitglied des Bier-Labors, leistete ebenfalls wichtige intellektuelle Beiträge zu diesem Projekt.