Knockout! A CRISPR/Cas Gene Editing Lab from miniPCR bio™
Hơn 1 triệu phụ nữ đã được xét nghiệm gen BRCA1 và BRCA2, các gen trong đó đột biến có thể làm tăng đáng kể nguy cơ ung thư vú và ung thư buồng trứng khởi phát sớm. Nhưng đối với nhiều phụ nữ, kết quả xét nghiệm đã mơ hồ. Điều đó bởi vì nó không rõ nơi biến thể di truyền nhất định là vô hại hoặc gây ung thư.
BRCA1 là một trong những gen có khuynh hướng ung thư đầu tiên được phát hiện và nó đã được nghiên cứu trong hơn 20 năm. Gen này tạo ra một loại protein giúp sửa chữa tổn thương DNA, điều này có thể dẫn đến sự hình thành các khối u. Kể từ khi phát hiện ra, các nhà nghiên cứu và bác sĩ lâm sàng đã xác định được nhiều biến thể di truyền trong BRCA1, nhưng đối với hầu hết trong số này, chúng tôi không thể biết liệu chúng có làm suy giảm chức năng của gen hay không - làm tăng nguy cơ ung thư - hay liệu chúng hoàn toàn vô hại.
Nhóm nghiên cứu của chúng tôi làm việc trong lĩnh vực y học genomic mới nổi, trong đó sử dụng thông tin di truyền cá nhân để kê đơn chăm sóc. Chúng tôi đã nhận ra rằng các biến thể như vậy có ý nghĩa không chắc chắn, đã hạn chế tiện ích của xét nghiệm di truyền và triển vọng của y học genomic.Chúng tôi biết rằng vấn đề có thể trở nên tồi tệ hơn, vì số lượng các biến thể không chắc chắn trong BRCA1 và các gen khác có thể hành động về mặt y tế khác được dự kiến sẽ tăng theo cấp số nhân khi xét nghiệm di truyền được mở rộng ra toàn bộ quần thể.
Trong một nghiên cứu, chúng tôi đã bắt đầu áp dụng chỉnh sửa bộ gen CRISPR để giải quyết thách thức đặt ra bởi các biến thể có ý nghĩa không chắc chắn này. CRISPR có tiềm năng to lớn vì công nghệ cho phép các nhà nghiên cứu như chúng tôi nghiên cứu các gen của con người. CRISPR cho phép chúng tôi thực hiện các thay đổi rất cụ thể, trực tuyến chỉnh sửa DNA thành DNA của chúng tôi - do đó, cụm từ, chỉnh sửa bộ gen.
Mặc dù có nhiều nghiên cứu đang cố gắng sử dụng CRISPR để điều trị bệnh, nhưng nó cũng có thể được sử dụng để đưa các đột biến cụ thể vào tế bào người phát triển trong một món ăn, nhằm mục đích nghiên cứu những tác động của các đột biến này lên tế bào - ví dụ, có hay không làm cho gen bị trục trặc.
Trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi đã sử dụng chỉnh sửa bộ gen CRISPR để cố tình thiết kế khoảng 4.000 biến thể khác nhau của gen BRCA1 trong tế bào người, gần như tất cả các biến thể có thể có trong các khu vực quan trọng nhất của gen này. Điều quan trọng là sự sống sót của các tế bào người mà chúng ta sử dụng phụ thuộc vào chức năng nguyên vẹn của gen BRCA1. Hậu quả là các tế bào chứa đột biến làm gián đoạn chức năng của gen BRCA1 không thể tồn tại. Mặt khác, tế bào chứa đột biến không ảnh hưởng đến chức năng của gen BRCA1 là tốt. Sử dụng trình tự DNA, chúng tôi đã theo dõi những đột biến nào liên quan đến chết tế bào so với sự sống của tế bào.
Khi chúng tôi so sánh các đột biến gây chết tế bào với các biến thể được biết là làm tăng nguy cơ ung thư, chúng tôi nhận thấy rằng chúng giống nhau. Điều này đã cho chúng tôi sự tự tin để nói rằng hành vi của các biến thể này trong các tế bào trong món ăn là dự đoán về nguy cơ ung thư ở người.
Mặc dù các nhà khoa học đã sử dụng các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm để kiểm tra các biến thể trong BRCA1 trong nhiều năm, công việc của chúng tôi khác nhau vì ba lý do.
Đầu tiên, chúng tôi đã thử nghiệm nhiều biến thể hơn bao giờ hết đã được thử nghiệm, bao gồm hàng ngàn biến thể chưa từng được quan sát trước đây nhưng gần như chắc chắn tồn tại ở ít nhất hàng trăm người còn sống.
Thứ hai, về mặt lịch sử, các biến thể BRCA1 đã được thử nghiệm trong các gen đã đưa ra khỏi bối cảnh, một cách cụ thể, chỉ nghiên cứu các chuỗi DNA mã hóa protein BRCA1 thay vì các chuỗi xung quanh điều chỉnh cách biểu hiện của nó. CRISPR lần đầu tiên cho phép chúng ta tạo ra và kiểm tra các đột biến trong bộ gen của con người.
Cuối cùng, đối với hàng trăm biến thể BRCA1 được thấy ở những bệnh nhân chúng tôi có ý thức tốt về việc họ có tăng nguy cơ ung thư vú và buồng trứng hay không, dự đoán của chúng tôi dựa trên các nghiên cứu CRISPR của chúng tôi gần như hoàn toàn chính xác. Đó là, các biến thể tương thích với sự sống của tế bào trong xét nghiệm của chúng tôi là lành tính ở bệnh nhân, trong khi các biến thể làm giảm khả năng sống sót của tế bào trong xét nghiệm của chúng tôi gây ra nguy cơ ung thư. Điều này cho chúng tôi niềm tin vào dự đoán của chúng tôi về các biến thể khác chưa từng được quan sát trước đây nhưng chắc chắn sẽ xảy ra, đặc biệt khi ngày càng có nhiều phụ nữ được sàng lọc các đột biến trong gen này.
Do thỏa thuận mạnh mẽ này với dữ liệu tiêu chuẩn Vàng của Vàng có nguồn gốc từ các nghiên cứu ở người, chúng tôi dự đoán kết quả của chúng tôi có thể được sử dụng để cung cấp câu trả lời tốt hơn cho phụ nữ với các biến thể khó diễn giải trong BRCA1. Điều này bao gồm nhiều phụ nữ có nguy cơ mắc bệnh ung thư cao, nhưng trước đây đã bị bỏ qua xét nghiệm di truyền. Đối với những phụ nữ này, kiến thức về ý nghĩa đột biến của họ có thể cực kỳ thông báo cho sự chăm sóc y tế mà họ nhận được.
Bài viết này ban đầu được xuất bản trên Cuộc trò chuyện của Jay Shendure, Greg Findlay và Lea Starita. Đọc văn bản gôc ở đây.