Các nhà nghiên cứu tại Đại học Toronto đã tạo ra một công nghệ chỉnh sửa bộ gen cho phép tạo ra các biến thể nhỏ trong DNA mục tiêu nhưng vẫn giữ được tính đặc hiệu của địa phương và có thể giúp nhận ra tiềm năng của liệu pháp gen dựa trên CRISPR/Cas và chẩn đoán mầm bệnh.
Các nhà khoa học lập trình các hệ thống CRISPR/Cas hiện tại để nhận biết và cắt các trình tự DNA chính xác, nhằm tránh các tác động như cắt sai trình tự hoặc khuyến khích các đột biến không mong muốn. Nhưng tính đặc hiệu đó khiến các hệ thống khó xác định các biến thể phổ biến của một chuỗi DNA nhất định, điều này đã hạn chế một phần ứng dụng của chúng.
>> Tham khảo: Kỹ thuật chế tạo dây nano mới lạ mở đường cho điện tử học spin thế hệ tiếp theo.
Basil Hubbard, điều tra viên chính của nghiên cứu, đồng thời là phó giáo sư dược học và độc chất học tại Khoa Y khoa Temerty của U of T cho biết: “Rất nhiều công việc đã được thực hiện để làm cho các hệ thống CRISPR/Cas trở nên cụ thể hơn.
“Nhưng đối với một số ứng dụng nhất định, cũng cần phải nhắm mục tiêu linh hoạt hơn trong các hệ thống này và nghiên cứu của chúng tôi cho thấy một cách khả thi để đáp ứng nhu cầu đó.”
Tạp chí Nature Communications đã công bố những phát hiện gần đây.
Các hệ thống CRISPR-Cas chứa hai phân tử chính: RNA hướng dẫn CRISPR, chứa các cặp bazơ nucleotide (adenine, cytosine, guanine và thymine trong các tổ hợp khác nhau) hướng dẫn hệ thống tạo ra một đoạn DNA bổ sung; và một loại enzyme Cas cắt DNA để cho phép thao tác với mã di truyền khác.
>> Tham khảo: Phương pháp mới cực nhanh để sản xuất các thiết bị nhiệt điện hiệu suất cao.
Cách tiếp cận mới thay thế các cơ sở phổ quát cho một hoặc nhiều trong số bốn cơ sở tạo nên RNA hướng dẫn CRISPR.
Hubbard cho biết: “Nó hoạt động giống như dấu hoa thị hoặc ký tự đại diện trong tìm kiếm kỹ thuật số, ở những khu vực mà chúng tôi mong đợi sự thay đổi hoặc không có dữ liệu”.
“Với phương pháp trị liệu, chúng ta có thể nhắm mục tiêu các biến thể phổ biến của cùng một gen từ người này sang người khác, chẳng hạn như đa hình đơn nucleotide. Để chẩn đoán, chúng ta có thể phát hiện nhiều biến thể tiến hóa của cùng một mầm bệnh.”
Các liệu pháp CRISPR thử nghiệm đã cho thấy khả năng loại bỏ các rối loạn di truyền, bao gồm bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm và chứng loạn dưỡng cơ. Tuy nhiên, theo một số nghiên cứu, những liệu pháp này không phải lúc nào cũng hiệu quả một phần là do các biến thể di truyền tự nhiên giữa các cá nhân.
Hubbard cho biết phương pháp của nhóm ông có thể giúp giải quyết vấn đề này, nhưng nó hiện đang hoạt động tốt nhất trong ống nghiệm và nó sẽ cần chạy nhanh hơn trong môi trường tế bào, có lẽ với một enzym Cas được thiết kế lại.
Công nghệ này hứa hẹn nhiều ứng dụng ngay lập tức trong chẩn đoán. Phòng thí nghiệm của Hubbard đã thử nghiệm chức năng của hệ thống trong 8 biến thể của HIV, mỗi biến thể có khả năng kháng thuốc kháng vi-rút hiện tại khác nhau.
>> Tham khảo: Quá trình khử cacbon hoàn toàn của ngành hàng không Hoa Kỳ nằm trong tầm tay.
Một RNA hướng dẫn tiêu chuẩn không có cơ sở phổ biến chỉ phát hiện được ba trong số tám biến thể, trong khi một hệ thống chỉ có ba chất thay thế cơ sở phổ biến đã tìm thấy tất cả tám biến thể.
Hubbard cho biết: “Có sự đa dạng rất lớn giữa các mầm bệnh, đặc biệt là virus và vi khuẩn, và chúng tiến hóa rất nhanh. “Hệ thống hoạt động rất tốt để phát hiện loại biến thể đó và chúng tôi nghĩ rằng nó có thể hữu ích trong các điều kiện lâm sàng.”
Hubbard hình thành ý tưởng sử dụng các cơ sở phổ quát trong khi làm việc để làm cho các hệ thống CRISPR/Cas cụ thể hơn. Phòng thí nghiệm của ông, khi đó có trụ sở tại Đại học Alberta, đã chỉ ra rằng việc đưa axit nucleic tổng hợp hoặc ‘xeno’ vào RNA hướng dẫn có thể làm giảm đáng kể việc chỉnh sửa gen ngoài mục tiêu bằng CRISPR/Cas9.
Các hiệu ứng ngoài mục tiêu cắt một gen không chính xác có thể gây ra những hậu quả bất lợi cho sức khỏe của bệnh nhân, bao gồm cả sự phát triển của bệnh ung thư.
Hubbard, người đã chuyển phòng thí nghiệm của mình đến U of T vào mùa thu năm ngoái, cho biết: “Nghiên cứu hiện tại của chúng tôi cung cấp cho chúng tôi nhiều tùy chọn hơn để điều chỉnh tính đặc hiệu của CRISPR”.
>> Tham khảo: Việc xóa gen Wt1 tạo ra những thay đổi trong cơ quan sinh sản của chuột.
“Điều quan trọng là tính đặc hiệu của hệ thống này chỉ bị phá vỡ ở khu vực nơi chúng tôi kết hợp các cơ sở phổ quát và được bảo tồn ở các khu vực khác của trình tự, do đó giữ cho các hiệu ứng ngoài mục tiêu ở mức tối thiểu.”
Phòng thí nghiệm của Hubbard đã đăng ký bằng sáng chế về công nghệ này và đang tìm cách hợp tác với một công ty chuyên về chẩn đoán CRISPR. Ông hy vọng hệ thống này sẽ giúp cung cấp một cách nhanh chóng, chính xác và tiết kiệm chi phí để chẩn đoán một số bệnh bao gồm cả COVID-19.
