Ogromen projekt novega urejanja genov bo razbil Alzheimerjevo bolezen

Ko gre za Alzheimerjevo bolezen in znanost, znanost izgublja.

Alzheimerjeva bolezen je na najbolj zahrbten način kruta. Motnja se prikrade v nekatere starajoče se možgane, ki postopoma izžirajo njihovo sposobnost razmišljanja in razmišljanja, kar zmanjšuje njihov spomin in resničnost. Ko se svetovno prebivalstvo stara, Alzheimerjeva bolezen šokantno vzgaja svojo grdo glavo. In kljub desetletjem raziskav zdravljenja nimamo - da o zdravilu niti ne govorimo.

Preveč downerja? Nacionalni inštitut za zdravje (NIH) se strinja. V eden najbolj ambicioznih projektov v biologiji NIH združuje raziskovalce Alzheimerjeve bolezni in izvornih celic največji projekt urejanja genoma kdaj zasnovan.

Ideja je preprosta: desetletja raziskav so odkrila nekatere gene, za katere se zdi, da povečujejo možnost za Alzheimerjevo in druge demence. Številke se gibljejo na stotine. Ugotovitev, kako vsak poveže ali vpliva na drugega - če sploh - traja leta raziskav v posameznih laboratorijih. Kaj pa, če se znanstveniki združijo, izkoristijo skupni vir in skupaj rešijo primer, zakaj sploh obstaja Alzheimerjeva bolezen?

Skrivno orožje pobude so inducirane pluripotentne matične celice ali iPSC. Podobno kot večina izvornih celic se tudi oni lahko spremenijo v karkoli - celičnega Genieja, če hočete. iPSC se prerodijo iz običajnih odraslih celic, kot so kožne celice. Ko se preoblikujejo v možgansko celico, pa nosijo izvirne gene svojega darovalca, kar pomeni, da hranijo genetsko zapuščino prvotne osebe - na primer njegovo ali njeno možnost, da razvije Alzheimerjevo bolezen. Kaj pa, če v te prerojene izvorne celice vnesemo gene, povezane z Alzheimerjevo boleznijo, in opazujemo njihovo vedenje?

S preučevanjem teh iPSC bomo morda lahko sledili namigom, ki vodijo do genetskih vzrokov Alzheimerjeva bolezen in druge demence - tlakovanje poti za genske terapije, da jih zaskočijo.

Pobuda iPSC za nevrodegenerativne bolezni (iNDI) naj bi storila prav to. Namen projekta je "spodbuditi, pospešiti in podpreti raziskave, ki bodo vodile k razvoju boljših načinov zdravljenja in preprečevanja teh bolezni," NIH je dejal. Vsi nastali nabori podatkov bodo odprto objavljeni v spletu, da jih bo lahko kdor koli rudaril in tolmačil.

V preprostem jeziku? Vrzimo vse nove biotehnološke superzvezde - s CRISPR v ospredju - v usklajena prizadevanja proti Alzheimerjevi bolezni, da končno prevzamejo prednost. To je trenutek »Maščevalci, zberi se« za enega najtežjih sovražnikov - tistega, ki želi uničiti naš um od znotraj.

Tihi sovražnik

Alzheimerjeva bolezen je bila prvič prepoznana v začetku 1900. stoletja. Od takrat si znanstveniki prizadevajo najti vzrok, zaradi katerega možgani odpadajo.

Danes je najvidnejša ideja amiloidna hipoteza. Predstavljajte si grozljivko v strašni hiši z duhovi, ki se postopoma stopnjujejo v svojem strašenju. To je amiloidna groza - beljakovina, ki se postopoma, a tiho nabira v nevronu, "hiši", sčasoma ji odvzame normalno funkcijo in povzroči smrt vsega, kar je znotraj. Kasnejše študije so odkrile tudi druge strupene beljakovine, ki visijo zunaj nevronske "hiše", ki postopoma zastrupijo molekularne najemnike znotraj.

Znanstveniki že desetletja mislijo, da je bil najboljši pristop za premagovanje teh duhov "izganjanje" - torej znebiti se teh strupenih beljakovin. Kljub temu na poskusu za sojenjem jim ni uspelo. Stopnja neuspešnosti zdravljenja Alzheimerjeve bolezni - doslej 100-odstotna - je nekatere privedla do tega, da so prizadevanja za zdravljenje imenovali "pokopališče sanj".

Precej očitno je, da potrebujemo nove ideje.

Vnesite CRISPR

Pred nekaj leti sta se v mesto sprehodila dva posnetka. Eden je CRISPR, genski ostrostrelec wunderkinda, ki lahko odreže, vstavi ali zamenja gen ali dva (ali več). Druga je iPSC, inducirane pluripotentne matične celice, ki se skozi kemično kopel "prerodijo" iz odraslih celic.

Skupaj lahko posnemata demenco 2.0 v posodi.

Na primer, z uporabo CRISPR lahko znanstveniki v iPSC zlahka vstavijo gene, povezane z Alzheimerjevo boleznijo ali njeno zaščito - bodisi zdravega darovalca ali nekoga z veliko tveganjem za demenco, in opazujejo, kaj se zgodi. Možganska celica je kot brneče metropolitansko območje, naokoli se belijo beljakovine in druge molekule. Če bi na primer dodali odmerek pro-Alzheimerjevih genov, bi lahko ovirali promet s puško, zaradi česar bi znanstveniki ugotovili, kako se ti geni uvrščajo v širšo Alzheimerjevo sliko. Za navdušence nad filmom je to kot da bi celici dodali gen za Godzillo in drugega za King Kong. Saj veste, da bi lahko oba zamočila stvari, toda samo z opazovanjem dogajanja v celici lahko zagotovo veste.

Posamezni laboratoriji so poskusili pristop, odkar so bili izumljeni iPSC, vendar obstaja težava. Ker iPSC-ji podedujejo genetsko "izhodišče" človeka, znanstvenikom v različnih laboratorijih resnično težko ocenijo, ali gen povzroča Alzheimerjevo bolezen ali pa je šlo samo za naključje zaradi posebne darovalčeve genetske sestave.

Novi načrt iNDI naj bi vse poenotil. Z uporabo CRISPR bodo v iPSC dodali več kot 100 genov, povezanih z Alzheimerjevo boleznijo in sorodnimi demencami, iz številnih etnično raznolikih zdravih darovalcev. Rezultat je ogromen inženirski projekt genomov, ki vodi do celotne knjižnice kloniranih celic, ki nosijo mutacije, ki bi lahko vodile do Alzheimerjeve bolezni.

Z drugimi besedami, namesto da bi preučevali celice ljudi z Alzheimerjevo boleznijo, poskusimo dati normalne, zdrave možganske celice Alzheimerjeve bolezni, tako da jim vbrizgamo gene, ki bi lahko prispevali k motnji. Če na gene gledate kot na programsko kodo, potem je mogoče z urejanjem genov v te celice vstaviti kodo, ki lahko vodi Alzheimerjevo bolezen. Izvedite program in lahko boste opazovali, kako se nevroni obnašajo.

Projekt poteka v dveh fazah. Prva se osredotoča na celice množičnega inženiringa, urejene s CRISPR. Druga je temeljita analiza teh nastalih celic: na primer njihove genetike, kako se njihovi geni aktivirajo, kakšne vrste beljakovin nosijo, kako te beljakovine sodelujejo itd.

"Z inženirskimi mutacijami, ki povzročajo bolezni v nizu dobro označenih gensko raznolikih iPSC, je projekt zasnovan tako, da zagotavlja ponovljivost podatkov v laboratorijih in raziskuje učinek naravnih sprememb pri demenci," je dejal Dr. Bill Skarnes, direktor celičnega inženiringa v laboratoriju Jackson in vodja projekta.

Kladivo proti Alzheimerjevi bolezni

iNDI je vrsta pobude, ki je mogoča le z nedavnim spodbujanjem biotehnologije. Inženiring na stotine celic, povezanih z Alzheimerjevo boleznijo - in za skupno uporabo z znanstveniki po vsem svetu - so bile sanjske sanje šele pred dvema desetletjema.

Da bi bilo jasno, projekt ne ustvarja samo posameznih celic. Uporablja CRISPR za izdelavo celičnih linij ali celotnih linij celic z Alzheimerjevim genom, ki se lahko prenesejo na naslednjo generacijo. In to je njihova moč: lahko jih delijo z laboratoriji po vsem svetu, da bi še bolj izpopolnili gene, ki bi lahko imeli največji vpliv na motnjo. Druga faza iNDI je še močnejša, saj se vkoplje v notranjost teh celic, da ustvari "goljufivo kodo" - list, kako se obnašajo njihovi geni in proteini.

Projekt si skupaj prizadeva za izgradnjo vesolja celic, povezanih z Alzheimerjevo boleznijo, od katerih ima vsaka gen, ki bi lahko vplival na demenco. "Te vrste integrativnih analiz bodo verjetno privedle do zanimivih in uporabnih odkritij, ki se jih noben pristop ne bi mogel naučiti ločeno," so zapisali avtorji. Zagotavlja "najboljšo priložnost za resnično razumevanje" Alzheimerjeve bolezni in sorodnih bolezni ter "obetavne možnosti zdravljenja".

Kreditno slike: Gerd Altmann iz pixabay

Vir: https://singularityhub.com/2021/04/13/a-massive-new-gene-editing-project-is-out-to-crush-alzheimers/