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Les protéines "anti-CRISPR" nouvellement détaillées peuvent détenir la clé d'une édition génétique sûre

Les protéines

Si vous avez prêté attention aux progrès de la médecine génétique - et même si vous ne l’avez pas fait - vous avez probablement beaucoup entendu parler d’une technologie appelée CRISPR ces derniers temps.

C’est une nouvelle technique d’édition de gènes qui présente les avantages distincts d’être précise, bon marché et d’action extrêmement rapide, et elle prend d'assaut le monde de la recherche biologique en raison de ses applications presque illimitées pour le traitement des maladies et des incapacités.

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Mais malgré toute l'excitation qui l'entoure, CRISPR a encore quelques obstacles importants à franchir. D'une part, alors que le processus fonctionne incroyablement bien dans les cultures cellulaires et les analogues animaux simples, il n'y a pas encore beaucoup de preuves qu'il aurait le même type d'efficacité chez l'homme.

De plus, bien que le ciblage génétique utilisé dans CRISPR soit incroyablement précis, à moins qu'il ne soit réellement parfait, il restera quelque chose qui pourrait exposer un patient à un risque considérablement accru de cancer.

Cela se produit parce que, sans moyen de dire au système CRISPR de s'arrêter, il est possible qu'il puisse continuer à insérer le nouveau gène, ou simplement couper l'ADN de l'hôte à des emplacements suffisamment similaires à la cible pour qu'il se confond indéfiniment. Et si l’un de ces endroits, il change accidentellement, il s’agit d’un gène suppresseur de tumeur… Eh bien, c’est ainsi que le cancer se produit.

Cependant, tout espoir pour un avenir sans maladies génétiques n'est pas perdu car une nouvelle recherche publiée dans la revue Cell Host & Microbe a trouvé quatre nouvelles anti-CRISPR protéines qui pourraient potentiellement être utilisées pour réguler le système d'édition de gènes, le désactiver ou l'activer à volonté, et réduire considérablement les risques à long terme.

Et comme ces protéines ont été découvertes réparties dans une grande variété d'environnements, cela suggère également que ces protéines pourraient être beaucoup plus répandues dans la nature que nous ne le pensions, ce qui signifie que davantage de raffinement pourrait être possible à mesure que de nouvelles découvertes sont faites.

Je me rends compte que je n'ai pas encore beaucoup dit sur ce que sont réellement ces protéines anti-CRISPR - réglons cela! Mais avant de pouvoir aller au cœur de la façon dont ces choses fonctionnent, nous devons revenir en arrière et nous rappeler rapidement les mécanismes et les origines de CRISPR lui-même.

L’origine de CRISPR comme arme dans une course aux armements génétiques.

le fonction originale des systèmes CRISPR était en tant que systèmes immunitaires bactériens qui permettent à la bactérie de lutter contre les virus infectants appelés phages (oui, les bactéries peuvent aussi attraper des virus, c'est fou !?) de manière ciblée.

Le développement de ce système de ciblage hautement fluide pour l'ADN invasif est ce qui leur donne leur nature programmable, et c'est pourquoi les systèmes CRISPR, et en particulier Cas9, sont actuellement largement déployés dans l'industrie des sciences de la vie avec le potentiel de fournir des thérapies géniques révolutionnaires, de nouvelles les antibiotiques et les thérapies contre le paludisme.

Fait intéressant, dans cette guerre d'infection et de protection, les phages ont développé des protéines anti-CRISPR pour vaincre les systèmes bactériens CRISPR dans une sorte de course aux armements évolutive. Ces protéines inhibent rapidement le système de défense de la bactérie hôte, laissant la bactérie vulnérable à l'infection, et éventuellement à la destruction, par le virus envahisseur.

Ainsi, ces protéines hautement spécifiques pourraient également être utilisées pour désactiver le système CRISPR lorsqu'il est utilisé en thérapeutique, permettant aux chercheurs d'arrêter l'ingérence génétique une fois le nouvel ADN inséré, réduisant ainsi le risque à long terme de cancer et d'autres complications.

Pourquoi découvrons-nous cela?

Malgré leur importance biologique significative, seulement quelques anti-CRISPRdes protéines ont été découvertes jusqu'à présent dans un sous-ensemble particulier de bactéries. Les protéines anti-CRISPR actuelles ne sont pas abondantes dans la nature et n'ont été identifiées qu'en étudiant l'ADN des phages capables d'infecter les bactéries hébergeant CRISPR-Cas9.

En utilisant cette méthode, on compte sur la capacité de cultiver des bactéries et sur des phages capables d'infecter et d'éviter la surveillance du système CRISPR Cas9 endogène en les trouvant spécifiquement.

La nouvelle recherche menée au Danemark a cependant trouvé un moyen de rendre le problème de l'identification de ces gènes un peu plus facile.

«Nous avons utilisé une approche différente axée sur l'activité fonctionnelle anti-CRISPR plutôt que sur la similitude des séquences d'ADN. Cette approche nous a permis de trouver des anti-CRISPR dans des bactéries qui ne peuvent pas nécessairement être cultivées ou infectées par des phages. Et les résultats sont vraiment excitants, », déclare Ruben Vazquez Uribe, post-doctorant au Centre de la Fondation Novo Nordisk pour la biosuffisance (DTU).

Comment l'ont-ils fait?

le des chercheurs a identifié les gènes anti-CRISPR en utilisant l'ADN total de quatre échantillons de matières fécales humaines, deux échantillons de sol, un échantillon de matières fécales de vache et un échantillon de matières fécales de porc (personne ne sait vraiment pourquoi ils étaient si désireux de travailler avec du caca, mais essayons de ne pas juge).

L'ADN a été découpé en plus petits morceaux et exprimé au hasard sur un plasmide (un petit anneau d'ADN) dans une cellule bactérienne. Cette cellule contenait un circuit génétique pour la sélection de l'activité anti-CRISPR.

En bref, cela signifiait que les cellules contenant un plasmide avec un gène anti-CRISPR potentiel deviendraient résistantes à un certain antibiotique. Au contraire, les cellules dans lesquelles le plasmide ne confère pas d'activité anti-CRISPR mourraient. Avec ce système, les chercheurs pourraient facilement détecter et sélectionner l'ADN avec une activité anti-CRISPR et le retracer jusqu'à son origine.

En utilisant cette approche de bibliothèque méta-génomique, les scientifiques ont pu identifier onze fragments d'ADN qui contournaient l'activité de Cas9.

Une caractérisation plus poussée pourrait alors confirmer l'activité de quatre nouveaux anti-CRISPR. Une analyse plus approfondie a révélé que les gènes identifiés dans les échantillons fécaux sont en fait présents dans des bactéries trouvées dans plusieurs environnements, par exemple dans les bactéries vivant dans l'intestin, l'eau de mer et la nourriture des insectes.

Cela montre que les gènes nouvellement découverts se propagent dans de nombreuses branches bactériennes de l'arbre de vie et, dans certains cas, avec la preuve que certains de ces gènes ont été transférés horizontalement de nombreuses fois au cours de l'évolution.

«Le fait que les anti-CRISPR que nous avons découverts soient si abondants dans la nature suggère qu'ils sont très utiles et ont une grande importance d'un point de vue biologique», déclare Morten Sommer, directeur scientifique du Centre de la Biosustainability (DTU) de la Fondation Novo Nordisk.

Ces résultats suggèrent que les anti-CRISPR pourraient probablement jouer un rôle beaucoup plus important dans l'interaction entre le phage et l'hôte que ce qui a été suggéré précédemment.

Attendez, pourquoi tout cela est-il encore important?

Les applications des gènes anti-CRISPR, à l'heure actuelle, visent à améliorer modification des gènes système. Des études antérieures dans ce domaine ont démontré que les protéines anti-CRISPR peuvent être utilisées pour réduire les erreurs, telles que la coupure d'ADN sur des sites hors cible, lors de l'édition du génome en laboratoire.

«Aujourd'hui, la plupart des chercheurs utilisant CRISPR-Cas9 ont des difficultés à contrôler le système et l'activité hors cible. Par conséquent, les systèmes anti-CRISPR sont très importants, car vous voulez pouvoir allumer et éteindre votre système pour tester l'activité. Par conséquent, ces nouvelles protéines pourraient devenir très utiles », déclare Morten Sommer.

De plus, les chercheurs ont en fait découvert que les quatre nouvelles protéines anti-CRISPR semblent avoir des caractéristiques et des propriétés différentes. À l'avenir, ce sera très excitant d'enquêter plus avant. Cela pourrait signifier qu'il existe des protéines qui pourraient être adaptées à certains niveaux d'expression ou à des problèmes de sécurité. Ou encore le développement de protéines capables d'activer et de désactiver CRISPR en fonction de stimuli extérieurs, ce qui serait extrêmement utile.

En fin de compte, quelle que soit la direction de la recherche, il ne fait aucun doute que les protéines anti-CRISPR joueront un rôle important dans le prochain bond en avant de la médecine génétique.


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