새로운 유전자 편집 기술로 수천 가지 질병을 치료할 수 있습니다

[아름이]

새로운 유전자 편집 기술로 수천 가지 질병을 치료할 수 있습니다

밀 유전자 편집에 대해 이야기하십시오.

하버드 대학 (Harvard University)의 과학자들은 혁명적 인 CRISPR-Cas9 기술을 사용하여 일련의 DNA 염기에서 단일 문자를 표적으로 바꾸고 변경하는 새로운 유전자 편집기를 발표했다.

인간 게놈에 수십억 개의 문자가 있다는 것을 고려할 때, 한 문자를 다른 문자로 변환하는 것은별로 좋지 않을 수 있습니다. 그러나 과학자들은 수만 가지의 인간 질병이이 작은 실수들로 추적 될 수 있다고 말한다.

전통적인 유전자 편집이 게놈을 변경하기 위해 DNA 가닥에 분자 가위를 사용하는 것과 같다고한다면,베이스 편집으로 알려진이 새로운 기술은 연필과 지우개를 사용하는 것과 같다고 과학자들은 말한다.

두 가지 방법 모두 그들의 위치가 있습니다.

"당신이해야 할 일은 뭔가를 자르고 붙이면 가위가 필요합니다. 작업이 단 하나의 편지를 고쳐야하는 것이라면, 연필이 가장 좋습니다. " 하버드 대학교 의 화학 생물학자인 데이비드 리우 (David Liu )는 말했다 .

첫 번째 기본 편집기 된 기술 리우의 그룹 작년. 그러나 그 당시 그들은 염기성 시토신 (DNA 알파벳으로 C로 알려짐)을 티민 (T로 알려짐)처럼 작용하는 기지로 전환시키는 기술 만 사용할 수있었습니다.

수요일 Nature 지에 발표 된 이 새로운 연구 에서 저자들은 기본 아데닌 (A)을 구아닌 (G)과 같은 역할을하는 기본 이노신 (I)으로 전환시킬 수있는 두 번째 기본 편집자를 발표했다.

이 연구에 참여하지 않은 위스콘신 매디슨 대학 (University of Wisconsin Madison)의 생명 공학 엔지니어 인 크리스 하누 사하 (Krishanu Saha )는 과학자들이 이전에 가능했던 것보다 훨씬 많은 단일 문자 변이를 다루기 위해 기본 편집을 사용할 수있게 해주기 때문에이 새로운 연구가 중요하다고 말했다 .

"이는 CRISPR 시스템이 달성 할 수있는 편집 유형을 다양 화하기 위해 단백질 공학을 사용하는 또 다른 좋은 예"라고 그는 말했다.

인간 게놈에는 30 억 개의 염기쌍이 있으며, 단 하나의 글자로 된 실수 나 돌연변이가 사람의 건강에 중요한 영향을 줄 수 있습니다.

현재 인간의 질병과 관련이있는 것으로 알려진 5 만 가지 이상의 유전 적 변화 중 32,000 가지가 하나의 염기쌍을 다른 것으로 바꾸는 것으로 발생한다고 리우 교수는 말했다.

그룹의 첫 번째 편집 도구는 C를 T로 변환하는 효과가있어 단일 문자 변이와 관련된 인간 질병의 14 %를 교정 할 수 있습니다. 이 새로운 도구는 연구원들이 이러한 유형의 질병의 추가 48 %를 처리 할 수있게 해줄 것입니다.

Liu는 새로운 기본 편집장이 목표로 삼을 수있는 실수의 유형은 사람들과 아마도 모든 살아있는 시스템에서 "훨씬 더 일반적인 유형"이라고 지적했다.

팀의 새로운 기본 편집장은 단 하나의 오류 A에있는 원자를 재배치하여 I로 바꾸어서 이러한 유전 적 오류를 수정할 수 있습니다. 편집자는 DNA의 이중 가닥 나선에서 원본 A와 쌍을 이루는 T를 변경할 수도 있습니다. Liu는 그것을 C에 넣었다.

이전에 설명한 기본 편집 시스템과 마찬가지로 새 편집자는 CRISPR-Cas9 컴플렉스를 사용하여 게놈 내 특정 염기 서열을 찾고 그에 결합하도록합니다. 일반적으로 CRISPR-Cas9는 DNA를 이중 절단하여 유전 정보를 삽입하거나 삭제하지만, Liu의 그룹은 잘라낼 수없는 CRISPR 형식을 사용합니다.

대신, 그것은 DNA 가닥을 파트너로부터 멀리 끌어내어 CRISPR 시스템에 부착 된 효소가 표적 부위에서 염기를 변화시킬 수있게합니다.

Liu와 그의 연구실 파트너는 가장 최근 작업을 게시하기 전에 한 명의 기본 편집자를 성공적으로 설계했지만, Adenine을 변경할 수있는 편집기를 만들 때 새로운 문제에 직면했습니다.

이전 작업에서 팀은 자연에서 발견 된 유전자 편집 도구를 가져 와서 합성하여 대상 단일 기본 편집기를 만들었습니다.

불행하게도, 자연은 DNA에서 A를 I로 전환시킬 수있는 효소를 만들지 않습니다. 그것은 실험실에서 진화해야한다는 것을 의미했습니다.

"우리는 실험실에서 지금까지 깨지지 않은 18 년의 규칙을 가지고 있는데 첫 번째 단계는 2 단계에서 20 단계까지의 출발 물질의 진화가 필요한 프로젝트에 착수하는 것이 현명하지 못하다"고 Liu는 말했다. "그러나이 경우에 우리는 아데닌베이스 편집자의 잠재적 인 유용성이 그 위험에 가치가 있다고 생각했습니다."

2 년 이상 걸렸지 만 궁극적으로 성공했습니다. 많은 시행 착오 끝에, 최초의 저자이자 박사후 연구원 인 Nicole Gaudelli는 인간 세포에서 AT 염기쌍을 GC 염기쌍으로 전환시킬 수있는 효소를 생성 할 수 있었고 평균 효율은 53 %였으며 거의 ​​오류가 없었다.

그것은 완벽하지는 않지만 점 돌연변이를 다루기 위해 현재 사용되고있는 다른 방법들보다 방대한 개선입니다.

논문에서 저자들은 그들의 아데닌 기본 편집자를 homology directed repair 또는 HDR로 알려진보다 전통적인 유전자 편집 방법과 비교했다. 그들은 새로운 도구가 HDR보다 약 10 배 더 효율적이며 무작위 삽입이나 삭제와 같은 원하지 않는 제품이 최소 100 배 적은 것으로보고했습니다.

연구자들은 또한 유전자 질환 퇴치를 위해 편집자가 앞으로 어떻게 사용될 수 있는지에 대해 엿볼 수있었습니다.

한 실험에서 유전성 혈색소 침착증의 흔한 원인 인 점 돌연변이가 발생하여 치명적일 수있는 환자의 혈액에 철분이 과도하게 축적됩니다. Adenine base editor를 사용하여 HHC 환자에게서 추출한 세포의 돌연변이를 수정할 수있었습니다.

두 번째 예에서 팀은 새 기본 편집기를 사용하여 태아 헤모글로빈 생산을위한 유전자를 활성화시키는 한 쌍의 돌연변이를 설치했습니다. 이 유전자는 대개 출생시에 침묵하지만, 성체를 통해 활성 상태로 유지 될 수 있다면 겸상 적혈구 빈혈과 같은 특정 혈액 질환으로부터 보호 할 수 있습니다.

이 초기 시위는 유망한 일이지만, 류 편집인은 기본 편집자가 조만간 인간의 유전병 문제를 다루는 데 사용되지 않을 것이라고 경고했다. (상기 실험은 모두 페트리 접시에서 성장한 세포에서 수행되었다.).

그런 일이 일어나기 전에 연구원은 기본 편집 기계를 신체의 올바른 조직과 올바른 세포로 전달하는 최선의 방법을 결정해야합니다. 그들은 또한 환자의 삶에서 언제 특정 유전자 요법을 제공하는 것이 가장 좋은시기인지 알아 내야 할 것입니다. 이를 위해 연구실은 유전 질환에 대한 전문 지식을 갖춘 다른 연구소와 협력하고 있습니다.

"이 분자 기계가 인간의 질병을 치료하는데 사용되기 위해서는 엄청난 노력이 필요합니다."라고 그는 말했다. "그러나 기계를 갖는 것은 중요한 출발점입니다."