Η DARPA χρηματοδοτεί έρευνα για έλεγχο, αναστολή και αντιστροφή της επεξεργασίας γονιδιωμάτων

GenomeWeb

Ένα νέο πρόγραμμα χρηματοδότησης από την Υπηρεσία Προηγμένων Αμυντικών Ερευνητικών Προγραμμάτων του Υπουργείου Άμυνας των ΗΠΑ (DARPA) επιδιώκει να αναπτύξει τεχνολογίες για τον έλεγχο, την αναστολή ή την αντιστροφή της επεξεργασίας των γονιδιωμάτων διαφόρων οργανισμών.

"Οι αυτοκινητοβιομηχανίες εγκαθιστούν φρένα στα αυτοκίνητα όχι έτσι ώστε οι άνθρωποι να οδηγούν αργά, αλλά έτσι ώστε οι άνθρωποι να μπορούν να οδηγούν γρήγορα και να σταματούν όταν χρειάζεται", δήλωσε η Renee Wegrzyn, διευθύντρια του προγράμματος της DARPA ονόματι Safe Genes (Ασφαλή Γονίδια), στο GenomeWeb. "Αυτό που δεν έχει προχωρήσει αρκετά μέχρι σήμερα είναι οι τεχνολογίες που θέτουν την ασφάλεια στο προσκήνιο της επεξεργασίας γονιδιωμάτων, τόσο για να επιτρέψουν την καινοτομία από υπεύθυνους επιστήμονες, όσο και για την προστασία έναντι ανεύθυνων παραγόντων που ενδέχεται να απελευθερώσουν τυχαία ή σκόπιμα, γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς."

Ενώ ήδη υπάρχουν τεχνολογίες για τον χωροχρονικό έλεγχο γονιδιωμάτων CRISPR / Cas9 ή αναστροφής των λεγόμενων τεχνολογιών "γονιδιακής κίνησης", το πρόγραμμα Safe Genes είναι το πρώτο που αντιμετωπίζει τη βιοασφάλεια με αυτήν την τριπλή προσέγγιση.

Διάφορες προτάσεις θα μπορούσαν να αντιμετωπίσουν την επεξεργασία του γονιδιωμάτων σε οποιοδήποτε επίπεδο, από το σχεδιασμό των νουκλεασών επεξεργασίας γονιδιώματος όπως το Cas9, έως τα ρυθμιστικά κυκλώματα στο κύτταρο που τις ελέγχει και έως τις κατασκευές που αναπτύσσουν γονιδιακούς επεξεργαστές όπως οι μονάδες γονιδίων.

Το πρόγραμμα δεν έχει καθορισμένο προϋπολογισμό, είπε η Wegrzyn και η DARPA θα αξιολογήσει κάθε πρόταση ανεξάρτητα, αντί να τις συγκρίνει με άλλες ίσως παρόμοιες προτάσεις. "Η DARPA μπορεί να επιλέξει να χρηματοδοτήσει όλες ή κάποιες από τις προτάσεις", είπε.

Το πρόγραμμα Safe Genes ξεκίνησε στις 7 Σεπτεμβρίου (2017). Το πρόγραμμα χρηματοδοτεί πρότζεκτς σε τρεις κατηγορίες: έλεγχος της γονιδιακής επεξεργασίας, αντίμετρα και προφύλαξη και γενετική αποκατάσταση.

Το ενδιαφέρον της DARPA για την επεξεργασία γονιδιώματος απορρέει τόσο από το ενδιαφερον της να έχει το προβάδισμα σε πιθανές απειλές βιοασφάλειας όσο και για την ανάπτυξη χρήσιμων εφαρμογών για τον στρατό των ΗΠΑ.

"Η εστίασή μας είναι στη δημιουργία και την πρόληψη στρατηγικών τεχνολογικών απροόπτων, που λειτουργούν ως πρώτοι φορείς σε πολλά υποσχόμενους επιστημονικούς και μηχανικούς τομείς", δήλωσε η Wegrzyn. "Το πεδίο της επεξεργασίας γονιδιώματος είναι σαφώς ένας τόσο ισχυρός τομέας, αλλά προχωρά κυρίως ανεξάρτητα από τις επενδύσεις της DARPA."

Το Safe Genes έχει σχεδιαστεί για την αντιμετώπιση κινδύνων τόσο από τη βιο-τρομοκρατία (εσκεμμένη κατάχρηση βιοτεχνολογιών) όσο και από ακούσιες συνέπειες που η Wegrzyn χαρακτήρισε ως "βιο-σφάλμα".

"Η απότομη μείωση του κόστους των εργαλείων γονιδιωματικής αλληλούχησης και επεξεργασίας γονιδίων, μαζί με την αυξανόμενη προσβασιμότητα αυτής της τεχνολογίας, αποτελούν μεγαλύτερη ευκαιρία για πειραματισμό με γενετικές τροποποιήσεις", είπε. "Αυτή η σύγκλιση χαμηλού κόστους και υψηλής διαθεσιμότητας σημαίνει ότι εφαρμογές για επεξεργασία γονιδίων - τόσο θετικές όσο και αρνητικές - θα μπορούσαν να προκύψουν από άτομα ή κράτη που βρίσκονται εκτός της παραδοσιακής επιστημονικής κοινότητας. Οι τεχνολογίες Safe Genes θα παρέχουν τις βασικές γνώσεις και πλατφόρμες νέων δυνατοτήτων για την ευρεία αντιμετώπιση βιοτρομοκρατικών απειλών και βιοσφαλμάτων.

Το πρόγραμμα έχει τρεις τεχνικούς στόχους:

1. Την ανάπτυξη τεχνολογιών που παρέχουν χωρικό, χρονικό και αναστρέψιμο έλεγχο των γονιδιακών επεξεργαστών σε ζωντανά συστήματα.

2. Νέα μικρά μόρια και μοριακά αντίμετρα που παρέχουν προφυλακτικές και θεραπευτικές επιλογές για την πρόληψη ή τον περιορισμό της επεξεργασίας γονιδιώματος σε οργανισμούς και την προστασία της ακεραιότητας του γονιδιώματος σε πληθυσμούς.

3. Και την ικανότητα εξάλειψης ανεπιθύμητων τροποποιημένων γονιδίων από περιβάλλοντα και την επαναφορά συστημάτων στη βασική γενετική τους κατάσταση.

Πολλές ερευνητικές ομάδες έχουν επιδιώξει τον χωροχρονικό έλεγχο της επεξεργασίας γονιδιώματος, ειδικά με το CRISPR / Cas9, χρησιμοποιώντας μια ποικιλία ελέγχων όπως ελαφριά και μικρά μόρια, ώστε να διαχειριστούν στενά το πλαίσιο επεξεργασίας. Μελέτες έχουν δείξει ότι αυτές οι τεχνολογίες θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη μείωση των ανεπιθύμητων επιπτώσεων. Κάποια εργασία έχει επίσης γίνει για την αναστολή του CRISPR / Cas9, επιστρατεύοντας ιογενή αντίμετρα κατά του CRISPR, τα οποία εξελίχθηκαν σαν ένα φυσικό βακτηριακό ανοσοποιητικό σύστημα κατά των φάγων

Και το Νοέμβριο του 2015, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ με επικεφαλής τον George Church και τον Kevin Esvelt δημοσίευσαν μια μέθοδο για την αντιστροφή μιας μονάδας γονιδίων χρησιμοποιώντας μια άλλη μονάδα γονιδίων.

Ενώ αυτή η ιδέα έχει εφαρμοστεί σε μύκητες, η πλήρης διαγραφή της δραστηριότητας γονιδιακών μονάδων θα μπορούσε να είναι πιο δύσκολη. Σε συνέντευξή του στο Xconomy, ο Esvelt είπε, "Κανένα τρέχον σύστημα με βάση το CRISPR- [Cas9] δεν μπορεί να επιστρέψει τον πληθυσμό στην αρχική του κατάσταση με τον τρόπο που ζητούν."

Η Wegrzyn σημείωσε ότι η γονιδιακή επεξεργασία έχει τη δυνατότητα να επηρεάσει πολλά πεδία που έχει χρηματοδοτήσει η DARPA στο παρελθόν. Η ικανότητα λεπτομερούς μελέτης μολυσματικών παθογόνων, ξενιστών και της βιολογίας του φορέα, είναι ελκυστική. Ωστόσο, ο οργανισμός ελπίζει ότι οι τεχνολογίες που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο του Safe Genes θα μπορούσαν κάποια μέρα να χρησιμοποιηθούν σε πιο αναπτυσσόμενους τομείς.

"Η DARPA θεωρεί τον τομέα της μηχανικής οργανισμών για βιοκατασκευή ως τομέα που θα μπορούσε να προσφέρει σημαντικά οφέλη στο Υπουργείο Άμυνας, για την παραγωγή νέων χημικών, υλικών και επικαλύψεων", δήλωσε η Wegrzyn. "Ο αξιόπιστος έλεγχος της γονιδιακής επεξεργασίας είναι ζωτικής σημασίας για την επίτευξη αυτών των ωφελειών."

Σύμφωνα με τον προϋπολογισμό του 2016 του Υπουργείου Άμυνας, θα δαπανηθούν περισσότερα από 30 εκατομμύρια δολάρια φέτος για την ανάπτυξη των «living foundries» ή βιολογικών κατασκευών, και άλλα 142,1 εκατομμύρια δολάρια τα επόμενα τέσσερα χρόνια.

Το Υπουργείο Άμυνας ξεκίνησε επίσης φέτος ένα νέο πρόγραμμα κόστους 10 εκατομμυρίων δολαρίων με τίτλο «Εφαρμογή της βιολογικής πολυπλοκότητας σε ευρεία κλίμακα», το οποίο επιδιώκει να «ενισχύσει τη σταθερότητα σε παγκόσμια κλίμακα, να μεταμορφώσει εχθρικά περιβάλλοντα και να διασφαλίσει την ανθρώπινη ευημερία». Μεταξύ των ερευνητικών στόχων αυτού του προγράμματος είναι η "διερεύνηση δυναμικής και ορίων για τη σταθερότητα και αστάθεια των διαγονιδίων σε συστήματα φορέων μολυσματικών ασθενειών."

Ο λόγος για τον οποίο η DARPA δεν έχει ορίσει συνολικό προϋπολογισμό για το πρόγραμμα Safe Genes, είναι να "μεγιστοποιήσει την ποιότητα και τη δημιουργικότητα των προτεινόμενων λύσεων", δήλωσε η Wegrzyn. Και ενώ ο οργανισμός δεν περιορίζει τη χρηματοδότηση, "ο ρεαλισμός του κόστους είναι ένα σημαντικό κριτήριο αξιολόγησης που πρέπει να συμπεριλάβουν οι προτείνοντες", είπε.