Stanley Qi oferă CRISPR o schimbare de look pentru a redefini ingineria genetică

Sigla SN10 2019

S-ar putea părea că ștergerea unei scule de tăiere este ultimul lucru pe care un inginer ar vrea să-l facă, dar Stanley Qi nu este un inginer obișnuit. Tocind foarfecele de editare genetică cunoscute sub numele de CRISPR/Cas9, le-a făcut și mai utile – echivalentul molecular al unui cuțit elvețian.

CRISPR/Cas9 a devenit unul dintre cele mai puternice instrumente din biologia moleculară de la introducerea sa în 2012. Este compus dintr-un ARN (partea CRISPR) care ghidează o enzimă de tăiere a ADN-ului numită Cas9 către locuri specifice din cartea de instrucțiuni genetice a unui organism.

În calitate de student absolvent, Qi, acum în vârstă de 36 de ani și bioinginer și biotehnolog la Universitatea Stanford, a dezactivat Cas9, astfel încât să nu mai poată tăia ADN-ul. Rezultatul a fost Cas9 mort, sau dCas9. Fixarea enzimelor, etichetelor fluorescente sau a altor molecule pe spatele lui dCas9 a creat o întreagă cutie de instrumente de manipulatori ADN. Înainte de dCas9, cercetătorii puteau folosi CRISPR/Cas9 doar pentru a modifica bazele ADN-ului, sau literele, dintr-o genă. După invenția Qi-ului și a colegilor, oamenii de știință ar putea activa sau dezactiva genele, sus sau jos, spune Rodolphe Barrangou, cercetător CRISPR la Universitatea de Stat din Carolina de Nord din Raleigh și editor al publicației. Jurnalul CRISPR.

Qi nu numai că dezvoltă instrumentele, ci le folosește și pentru a studia modul în care celulele simt mediul înconjurător, cum funcționează celulele stem și cum să preia conducerea manualului de instrucțiuni genetice, sau a genomului, pentru a vindeca într-o zi unele boli genetice. „Este un adevărat biolog sintetic”, spune Barrangou.

Qi nu a început în biologie. Fiul a doi contabili, a crescut în Weifang, pe coasta de est a Chinei. Tatăl lui Qi visase întotdeauna să fie om de știință, dar revoluția culturală a Chinei și alți factori nu i-au permis posibilitatea de a studia știința. Drept urmare, tatăl lui Qi a învățat singur științele naturii. „Pe măsură ce am crescut, am fost puternic influențat de acest tip de speranțe și vise”, spune Qi.

Weifang „este renumit pentru fabricile sale”, spune Qi, „dar nu existau universități bune acolo”. Așa că a ajuns la Universitatea Tsinghua din Beijing, unde a studiat fizica și matematica. S-a mutat la Universitatea din California, Berkeley, pentru a studia fizica ca student absolvent cu câștigătorul Premiului Nobel Steven Chu. Când Chu a devenit secretar al Energiei și și-a închis laboratorul de cercetare, Qi și-a schimbat disciplinele pentru a studia bioingineria. Cultura liber-gândirii a lui Berkeley, în special modul în care oamenii explorează idei și domenii noi, l-au influențat cel mai mult, spune el. „Chiar și acum, când îmi conduc laboratorul, încurajez întotdeauna oamenii să aibă această libertate a minții… în loc să te îngustezi la un anumit subiect”, spune Qi.

Qi a fost intrigat de CRISPR și a învățat curând tot ce a putut despre sistemul ghidat de ARN. Nu a durat mult atunci. „Puteți termina de citit toată literatura CRISPR în 2008 într-o oră”, glumește el.

Qi a folosit pentru prima dată dCas9 ca un blocaj care se află pe ADN-ul în fața unei anumite gene și împiedică alte proteine ​​să pornească gena. El a numit blocul rutier CRISPRi, pentru interferența CRISPR. CRISPRa (activarea CRISPR) a implicat legarea unui „domeniu activator” de la o altă proteină la dCas9 pentru a activa genele. Un al treilea instrument dezvoltat în laboratorul Qi de la Stanford rearanjează modul în care ADN-ul este împachetat în nucleul unei celule. Deplasarea unor bucăți mari ale genomului cu acest instrument „CRISPR-GO” (GO înseamnă organizarea genomului) poate ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine ce merge prost în celulele canceroase și cum celulele stem se dezvoltă în celule mature, spune Wendell Lim, biolog sintetic la Universitatea din California, San Francisco.

CRISPR-GO mișcă genele în nucleu
Cu un instrument numit CRISPR-GO, cercetătorii au mutat o genă (puncte luminoase) din interiorul nucleului (stânga) la marginea acestuia (dreapta) – ceea ce are în general efectul de a opri gena.H. Wang et al

Cercetătorii au solicitat instrumentele Qi dCas9 de peste 6.500 de ori, spune el. Dar vrea să știe, „dincolo de comunitatea de cercetare, putem ajuta cu adevărat pe cineva? Acesta este adevăratul test.”

Qi își ghidează laboratorul spre dezvoltarea de terapii pentru a regla activitatea genelor pentru a trata diferite boli. El colaborează deja cu neurologi pentru a aborda bolile sistemului nervos, cum ar fi elaborarea de scheme pentru a restabili într-o zi producția de dopamină în creierul persoanelor cu boala Parkinson.

Înainte de Stanford, Qi a fost membru al facultății la UC San Francisco. Își amintește că s-a simțit de parcă nu prea se potrivea cu facultatea de medicină, pentru că nu era pregătit în biologie sau medicină. I-a transmis preocupările lui Lim, care i-a oferit câteva sfaturi pe care Qi le-a îmbrățișat: „Vrei să fii aproape de biologi, dar probabil că nu vrei să devii biolog”, își amintește Qi. „Doar fii tu insuti.”