Nova primena CRISPR tehnologije - Programiranje pametnih genetičkih materijala koji "osete" bolesti i oslobađaju lekove

Naučnici su do sada uz pomoć CRISPR tehnologije za editovanje gena napravili brojne genetički modifikovane organizme, pratili razvoj životinja, dijagnostifikovali različite bolesti i suzbijali štetočine. Sada su ovoj tehnologiji pronašli još jednu namenu, a to je stvaranje pametnih genetičkih materijala koji menjaju oblik, piše Nature.

Kako objašnjava Elementarijum, CRISPR je naziv za imune sisteme koji su isprva otkriveni u bakterijama i služe za odbranu od virusa. U nekoliko godina od velikog otkrića mogućnosti koje pruža ovaj sistem, istraživanja CRISPR-a su eksplodirala širom sveta. Naime, kao što bakterija koristi CRISPR da odstrani viruse iz svojih genetičkih struktura, tako se uz pomoć CRISPR-a i Cas enzima (koji nije deo bakterijskog genoma) sistem može "isprogramirati" da, poput makaza, seče tačno određene delove genoma i životinja i ljudi.

Po pitanju genetičkih materijala koji menjaju oblik, planirano je da se oni koriste za oslobađanje lekova (jedan deo procesa kom lek podlaže od trenutka unosa u organizam) dajući tim materijalima ulogu stražara za gotovo bilo koji biološki signal (npr. tumor, infekcij). Studiju je vodio Džejms Kolins, bioinžinjer sa Masačusetskog tehnološkog instituta u Kembridžu, čiji tim je napravio hidrogelove programirane da oslobađaju enzime, lekove, pa čak i ljudske ćelije kao deo terapije.

Naime, u okviru studije Kolinsov tim je koristio polimere (razgranate lance DNK koji u vodi formiraju gelove tj. hidrogelove). Da bi izmenio svojstva materijala, njegov tim se okrenuo CRISPR tehnologiji koja koristi enzim koji seče DNK, nazvan Cas12a. Enzim Cas12a može se "programirati" da prepozna specifičnu DNK sekvencu - enzim seče određeni lanac DNK, a zatim čuva pojedinačne niti DNK.

Ovo svojstvo je omogućilo istraživačima da naprave seriju CRISPR-om kontrolisanih hidrogelova u okviru kojih se DNK sekvenca i pojedinačni lanci DNK raspadaju nakon što Cas12a prepozna određenu sekvencu u stimulansu. Raspadanje pojedinačnih DNK lanaca zatim pokreće hidrogelove da promene oblik ili se, u nekim slučajevima, potpuno rastvore.

Istraživači su takođe integrisali hidrogelove pod kontrolom CRISPR-a u elektronske sklopove. U jednom pristupu su postavili hidrogelove unutar malog uređaja sličnog čipu, koji se zove mikrofluidna komora i koja je bila povezana sa električnim kolom. U tom primeru kolo se isključio u odgovoru na detekciju genetičkog materijala patogena (npr. virus ebole i bakterija iz grupe stafilokoka - meticilin rezistentni stafilokokus aureus). Takođe, tim je iskoristio hidrogelove da bi razvio prototip dijagnostičkog alata, koji šalje bežični signal kada u laboratorijskim uzorcima prepozna genetički materijal iz ebole.

Masačusets tehnološki institut u Kembridžu

Džejms Kolins

CRISPR tehnologija

editovanje gena

genetički modifikovani organizmi

stvaranje pametnih genetičkih materijala

Cas enzimi

Cas12a enzim

DNK

programiranje pametnih genetičkih materijala

bakterija

virus

oslobađanje lekova

polimeri

hidrogelovi

mikrofluidna komora

ebola

stafilokoka