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Edição de genoma usando tecnologia CRISPR

O Dr. Eyal Handel da Faculdade de Ciências da Vida e seus parceiros desenvolveram uma ferramenta de software inovadora para avaliar e medir erros causados ​​durante a edição do CRISPR



A tecnologia CRISPR permite aos pesquisadores editar um genoma por meio de alterações nas sequências de DNA que levam a uma mudança na função do gene. A tecnologia tem muitas aplicações, incluindo reparo de defeitos genéticos, tratamento de doenças e prevenção de sua propagação e melhoria de safras agrícolas.


Ferramentas de edição de genoma, como a tecnologia CRISPR-Cas9 , podem ser projetadas para fazer mudanças precisas no cromossomo alvo no qual um determinado gene ou componente funcional está localizado. No entanto, a edição usando CRISPR está exposta a uma complicação potencial que pode levar a uma mudança genômica diferente e não planejada. Essas mudanças são chamadas de atividade fora do alvo . Ao editar vários locais diferentes no genoma, a atividade fora do alvo pode levar a mudanças de localização (translocações), arranjo incomum de cromossomos ou outras mudanças genômicas não planejadas.


Assim, desviar-se da atividade de edição alvo é um dos maiores desafios para melhorar a precisão da tecnologia CRISPR-Cas9 para aplicação na prática médica. Os métodos de medição existentes, como amostragem e análise de dados para quantificar o desvio da atividade alvo não fornecem uma estimativa estatística e, portanto, não são sensíveis o suficiente para isolar os sinais de ruído em experimentos de baixa taxa de edição. Além disso, seu uso é complicado e requer um esforço considerável para localizar as translocações que ocorreram.


Uma equipe de pesquisadores multidisciplinares da Universidade Bar-Ilan e do Centro Interdisciplinar de Herzliya relatou na revista científica Nature Communication o desenvolvimento de uma nova ferramenta de software que localiza, examina e mede as atividades de edição desviadas, incluindo eventos adversos de translocação que podem resultar de câncer . O software é baseado em uma entrada de saída padrão ( ensaio ) e realiza a amplificação de PCR multiplexada de próxima geração ( NGS ).


A ferramenta de software, conhecida como CRISPECTOR , analisa os dados NGS gerados a partir de experimentos no CRISPR Cas9 e implementa modelagem estatística para determinar e quantificar a atividade de edição. CRISPECTOR mede com precisão a atividade fora do alvo em cada local estudado. Além disso, melhora a taxa de falsos negativos em sites onde a atividade fora do alvo é fraca, mas significativa. Uma das características inovadoras do CRISPECTOR é sua capacidade de detectar eventos adversos de translocação que ocorrem durante um experimento de edição.


"A edição genética, especialmente em aplicações clínicas, requer a identificação de baixos níveis de atividade fora do alvo e eventos adversos de translocação. Mesmo um pequeno número de células com potencial de câncer transplantado em um paciente no contexto da terapia genética pode levar a consequências adversas para a patologia do câncer "Esses potenciais antecipadamente como parte dos protocolos terapêuticos", disse o Dr. Eyal Handel, da Faculdade de Ciências da Vida de Mina e Eberard Goodman na Universidade Bar-Ilan. O Dr. Handel liderou a pesquisa junto com o Prof. Zohar Yachini da Escola de Ciência da Computação Arazi no IDC Herzliya. " CRISPECTOR fornece um método eficaz para caracterizar e quantificar erros potenciais causados ​​por CRISPR e, assim, melhorar substancialmente a segurança do uso clínico da edição do genoma." A equipe de Handel usou a tecnologia CRISPR-Cas9Para editar genes em células-tronco relevantes para distúrbios do sangue e do sistema imunológico. A análise de dados ilustrou aos membros da equipe as deficiências das ferramentas existentes para quantificar a atividade fora do alvo e as lacunas que precisam ser superadas para melhorar a capacidade da tecnologia. Esta experiência resultou na colaboração com o Grupo de Biologia Computacional e Bioinformática do Prof. Yachini.


O Prof. Zohar Yachini do Centro Interdisciplinar de Herzliya e o Technion acrescentaram: "Em experimentos usando técnicas de piso profundo com níveis significativos de ruído de fundo, baixos níveis de atividade fora do alvo podem ser perdidos no ruído. A necessidade de uma abordagem de medição e dados uma análise capaz de ver além da edição de experimentos que ocorrem ruídos não é clara para os cientistas e pessoas que realizam a preparação do genoma. CRISPECTOR é uma ferramenta que pode pesquisar no ruído de fundo para identificar e quantificar sinais do mundo real indicando a atividade fora do alvo . além disso, através do uso de modelagem estatística e análise de dados rigorosa, o CRISPECTOR também pode detectar uma ampla gama de "Mais desvios genômicos. A caracterização e quantificação dos erros potenciais causados ​​pelo CRISPR permitirá que nossos métodos garantam o uso clínico mais seguro das abordagens terapêuticas do genoma edição."


O laboratório de Handel e o grupo de pesquisa de Yachini pretendem aplicar a ferramenta na pesquisa de possíveis tratamentos para doenças genéticas do sistema imunológico e abordagens de imunoterapia para o câncer. O estudo é uma colaboração entre o Laboratório Handel da Universidade Bar-Ilan e o Grupo de Pesquisa Yachini (IDC Herzliya e o Technion). O projeto foi liderado por Ido Amit (IDC) e Ortal Janko (Bar-Ilan); Também participaram do estudo Daniel Allen, Dor Brier e Nimrod Ben-Haim (Bar-Ilan); Alona Levy-Jorgenson (Technion; Leon Anavi (Technion e Interdisciplinar); Gwyn Corgan, Matthew S. McNeil, Garrett R. Retig e Yu Wong ( Tecnologias Integradas de DNA, (IDT INC , EUA)). V (IDC) e Mark Bilka (IDT , EUA).


O estudo foi realizado com o auxílio de uma bolsa do Conselho Europeu de Pesquisa (ERC) como parte do programa Horizonte 2020 para pesquisa e inovação e do programa Adams da Academia Israelita de Ciências e Humanidades.


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