Ưu điểm và nhược điểm của CRISPR
CRISPR, được phát hiện lần đầu tiên trong vi khuẩn và vi khuẩn cổ năm 1987, là một công nghệ quan trọng trong chỉnh sửa gene [^1^]. Nó được xem là một phần của hệ thống phòng thủ tự nhiên của vi khuẩn chống lại xâm nhập của virus và plasmid. Công nghệ CRISPR/Cas9, áp dụng từ năm 2012, đã mở ra kỷ nguyên mới cho công nghệ chỉnh sửa gene, cho phép chỉnh sửa thông tin di truyền nhanh chóng và chính xác [^2^][^3^].
Tuy nhiên, CRISPR/Cas9 cũng có nhược điểm. Khi tế bào cố gắng sửa chữa sau khi CRISPR cắt đoạn DNA, có thể xảy ra đột biến không mong muốn – đột biến điểm Indels. Điều này giới hạn ứng dụng của CRISPR/Cas9 trong nghiên cứu cơ bản và nông nghiệp [^4^][^5^].
“Prime editing” – Sự cải tiến mới của CRISPR
Để khắc phục nhược điểm này, các nhà khoa học thuộc Viện Broad của MIT và Harvard đã phát triển một công cụ chỉnh sửa gene mới có tên gọi là Prime editing (PE). PE cho phép chèn và xóa chính xác các base vào bộ gene mà không làm đứt phân tử acid nucleic, đồng thời giảm đột biến Indels [^7^].
PE kết hợp hai enzyme Cas9 và enzyme phiên mã ngược với một RNA hướng dẫn đặc biệt gọi là pegRNA để chỉnh sửa gene mục tiêu. Quá trình chỉnh sửa được điều khiển bởi Cas9 và enzyme phiên mã ngược, và pegRNA mang trình tự muốn chèn vào vị trí cần chỉnh sửa trên DNA của tế bào. PE đã được thử nghiệm thành công trên nhiều loại tế bào của người và chuột [^7^].
Thách thức và triển vọng
Một trong những thách thức chính của công nghệ chỉnh sửa gene là tìm ra cách tiếp cận hiệu quả cho ứng dụng lâm sàng. Một nghiên cứu mới đã chỉ ra rằng PE hoạt động hiệu quả trong tế bào gốc đa năng của người [^9^]. PE cũng đã thành công chỉnh sửa gene gây bệnh Alzheimer trong gene APP [^10^].
Tuy nhiên, PE vẫn còn một số hạn chế. Hiệu quả chỉnh sửa của PE thấp hơn so với các phương pháp chỉnh sửa base hiện tại. Ngoài ra, PE cần thêm nhiều nghiên cứu bổ sung trước khi triển khai các thử nghiệm lâm sàng trên người [^11^][^12^].
Tuy PE còn đối mặt với thách thức, nhưng tiềm năng của nó trong việc chỉnh sửa chính xác và an toàn các gene ở con người và động vật đang làm say mê các nhà khoa học. Việc cải tiến và phát triển công nghệ PE có thể mang lại những bước đột phá trong công nghệ chỉnh sửa gene CRISPR.
Thông tin tài liệu tham khảo:
[1] Y. Ishino, H. Shinagawa, K. Makino, M. Amemura, A. Nakata (1987), “Nucleotide sequence of the iap gene, responsible for alkaline phosphatase isozyme conversion in Escherichia coli, and identification of the gene product”, ASM Journals, Journal of Bacteriology, 169, pp.12, DOI: 10.1128/jb.169.12.5429-5433.1987.
[2] Martin Jinek, Krzysztof Chylinski, Ines Fonfara, Michael Hauer, Jennifer A. Doudna and Emmanuelle Charpentier (2012), “A programmable dual-RNA-Guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity”, Science, 337(6096), pp.816-821, DOI: 10.1126/science.1225829.
[3] https://www.science.org/content/article/and-science-s-2015-breakthrough-year.
[4] https://www.science.org/content/article/new-prime-genome-editor-could-surpass-crispr.
[5] N. Gaudelli, A. Komor, H. Rees, et al. (2017), “Programmable base editing of A•T to G•C in genomic DNA without DNA cleavage”, Nature, 551, pp.464-471, DOI: 10.1038/nature24644.
[7] https://directorsblog.nih.gov/tag/pegrna/.
[8] G. Zhang, Y. Liu, S. Huang, et al. (2022), “Enhancement of prime editing via xrRNA motif-joined pegRNA”, Nat Commun, 13, p.1856, DOI: 10.1038/s41467-022-29507-x.
[9] D. Sürün, A. Schneider, J. Mircetic, K. Neumann, F. Lansing, M. Paszkowski-Rogacz, et al. (2020), “Efficient generation and correction of mutations in human iPS cells utilizing mRNAs of CRISPR base editors and prime editors”, Genes, 11, p.511, DOI: 10.3390/genes11050511.
[10] https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.07.31.230565v1.
[11] I.F. Schene, et al. (2021), “Prime editing for functional repair in patient-derived disease models”, Nat. Commun, 11, p.5352.
[12] Y. Liu, et al. (2020), “Efficient generation of mouse models with the prime editing system”, Cell Discov, 6, pp.1-4.
[13] J. Scholefield, P.T. Harrison (2021), “Prime editing – an update on the field”, Gene Ther, 28, pp.396-401, DOI: 10.1038/s41434-021-00263-9.