Cercetătorii au dezvoltat un instrument de analiză DANGER pentru o proiectare mai sigură a editării genetice, care poate depăşi provocările tehnologiei de editare a genomului CRISPR.
O echipă de cercetători a dezvoltat un instrument software numit DANGER care oferă o modalitate de proiectare mai sigură a editării genomului în toate organismele cu transcriptom.
Timp de aproximativ un deceniu, cercetătorii au utilizat tehnologia CRISPR pentru editarea genomului, care însă nu este ferită de provocări.
Analiza DANGER depăşeşte aceste provocări permiţând cercetătorilor să efectueze evaluări mai sigure on- şi off-target fără un genom de referinţă.
Noul instrument deţine potenţialul pentru aplicaţii în medicină, agricultură şi cercetare biologică.
Cercetarea a fost detaliată recent în revista Bioinformatics Advances.
Editarea genomului, sau editarea genelor, se referă la tehnologiile care permit cercetătorilor să modifice ADN-ul genomic al unui organism.
Cu ajutorul acestor tehnologii, cercetătorii pot adăuga, elimina sau modifica materialul genetic din genom.
CRISPR-Cas9 este o tehnologie de editare genetică bine cunoscută.
Aceasta are reputaţia de a fi mai precisă, mai rapidă şi mai puţin costisitoare decât alte tehnologii similare.
Cu toate acestea, editarea genelor cu ajutorul tehnologiei CRISPR prezintă unele provocări.
Prima provocare constă în faptul că efectele fenotipice, sau observabile, cauzate de dinamica neaşteptată a CRISPR nu sunt monitorizate cantitativ.
O a doua provocare este că tehnologia CRISPR depinde, în general, de datele genomice de bază, inclusiv de genomul de referinţă.
Genomul de referinţă este ca un şablon care oferă cercetătorilor informaţii generale despre genom, dar pot apărea modificări neaşteptate ale secvenţei care să cuprindă neconcordanţe. Aceste situsuri în afara ţintei sunt întotdeauna neaşteptate.
Aşadar, cercetătorii aveau nevoie de o modalitate de a observa secvenţele genomice factuale şi de a limita potenţialele efecte off-target.
„Proiectarea editării genomului necesită o secvenţă genomică bine caracterizată. Cu toate acestea, informaţiile genomice ale pacienţilor, ale cancerelor şi ale organismelor necaracterizate sunt adesea incomplete", a declarat Kazuki Nakamae, profesor asistent la laboratorul de cercetare PtBio Collaborative, din cadrul Centrului de inovaţie în editarea genomului a Universităţii Hiroshima, din Japonia.
Echipa de cercetare şi-a propus să conceapă o metodă pentru a rezolva problemele legate de efectele fenotipice şi de dependenţa de un genom de referinţă.
Software-ul de analiză DANGER depăşeşte aceste provocări, spun cercetătorii japonezi.
Echipa a folosit mostre de celule umane şi creier de peşte zebră editate genetic pentru a realiza evaluarea riscurilor pe şi în afara ţintei (on- şi off-target) în datele de secvenţiere ARN.
Echipa a demonstrat că instrumentul DANGER atinge mai multe obiective:
- instrumentul a detectat potenţialele situsuri ADN on- şi off-target în regiunea transcrisă de ARN mesager (ARNm) pe genom, utilizând date de secvenţiere ARN;
- a evaluat efectele fenotipice prin site-uri off-target dăunătoare pe baza dovezilor furnizate de modificările expresiei genice;
- a cuantificat riscul fenotipic la nivelul termenilor din ontologia genelor, fără un genom de referinţă;
Acest succes a demonstrat că analiza DANGER poate fi efectuată pe diverse organisme, genomuri umane personale şi genomuri atipice create de boli şi virusuri.
DANGER identifică situsurile genomice on- şi off-target pe baza asamblării de novo a transcriptomului folosind date de secvenţiere a ARN-ului.
Un transcriptom include o colecţie a tuturor citirilor de gene active dintr-o celulă.
În cazul asamblării de novo a transcriptomului, acesta este asamblat fără ajutorul unui genom de referinţă.
În continuare, analiza DANGER poate identifica ţintele deleterioase. Acestea sunt off-target pe regiunile transcrise de ARNm care reprezintă o scădere a expresiei în probele editate în comparaţie cu cele de tip sălbatic (naturale).
„DANGER este un software nou care permite cuantificarea efectelor fenotipice cauzate de off-target-urile estimate. În plus, instrumentul nostru utilizează asamblarea de novo a transcriptomului, ale cărui secvenţe pot fi construite din datele de secvenţiere a ARN-ului din probele tratate fără un genom de referinţă", a declarat Hidemasa Bono, profesor la Centrul de inovare pentru editarea genomului, din cadrul Universităţii Hiroshima.
Privind în viitor, echipa speră să îşi extindă cercetările folosind analiza DANGER.
„Vom aplica softul la diferite mostre de editare a genomului de la pacienţi şi culturi pentru a clarifica efectul fenotipic şi pentru a stabili strategii mai sigure de editare a genomului", a declarat Nakamae.
Analiza DANGER este open-source şi poate fi accesată în mod liber.
Algoritmul ar putea fi reprodus pentru analiza diferitelor sisteme de editare a genomului, dincolo de sistemul CRISPR-Cas9.
De asemenea, este posibil să se îmbunătăţească specificitatea analizei DANGER pentru CRISPR-Cas9 prin încorporarea unor algoritmi de evaluare a scorului punctelor off-target specifice CRISPR-Cas9.
Echipa consideră că instrumentul de analiză DANGER va extinde domeniul de aplicare al studiilor genomice şi al aplicaţiilor industriale care utilizează editarea genomului.
