VIPR mungkin nenek moyang CRISPR — tetapi masih jauh daripada menjadi alat rawatan

VIPR, singkatan bagi Viral Interference Programmable Repeat, ialah sistem yang menggunakan RNA untuk mencari sasaran DNA dan dikodkan oleh bakteriofaj — virus yang menjangkiti bakteria. Penemuan ini menarik kerana ia mungkin membuka satu cabang baharu dalam sejarah evolusi CRISPR, namun ia bukan bermakna VIPR sudah bersedia menggantikan CRISPR dalam makmal atau perubatan. 12

Mungkin lebih tua daripada CRISPR

Para pengkaji menyimpulkan bahawa VIPR boleh mendahului sistem CRISPR-Cas dan mungkin berusia lebih daripada 4 bilion tahun. Jika tafsiran itu tepat, VIPR berpotensi menjadi nenek moyang evolusi bagi sebahagian komponen CRISPR.

Namun, dakwaan ini perlu dibaca dengan cermat: ia ialah hipotesis evolusi yang dibuat daripada persamaan struktur dan jujukan, bukannya bukti bahawa umur VIPR boleh ditentukan secara terus atau bahawa salasilah evolusinya telah diputuskan muktamad. 13

Bagaimana VIPR mengenal DNA

Sistem ini terdiri daripada protein kecil faj yang dipanggil Vipr dan RNA ulangan virus khusus, iaitu vrRNA. vrRNA mempunyai motif berselang GGY/NN: bahagian GGY adalah terpelihara, manakala bahagian NN yang berubah-ubah membawa maklumat untuk mengenal sasaran. Protein Vipr pula menyusun RNA tersebut menjadi kompleks yang boleh mengikat DNA. 1

Di sinilah VIPR berbeza daripada logik biasa CRISPR. RNA panduan CRISPR lazimnya mengenal urutan DNA yang berterusan melalui pasangan bes Watson–Crick; banyak sistem CRISPR juga memerlukan motif PAM berdekatan. VIPR menggunakan kod pengecaman tidak berterusan: motif berulang pada vrRNA berinteraksi dengan DNA dwirantaian secara berselang, lalu mengenal ciri DNA yang berjarak tetap dan bukan satu rentetan padanan tanpa putus. 12

Apa yang ditunjukkan oleh cryo-EM

Imejan mikroskopi elektron kriogenik, atau cryo-EM, menunjukkan kompleks Vipr–vrRNA berhimpun sebagai filamen berpilin. Apabila ia mengikat DNA sasaran, RNA, rantaian DNA sasaran dan rantaian DNA bukan sasaran membentuk struktur geometri tiga komponen yang menyerupai tripel asid nukleik.

Struktur yang didepositkan termasuk kompleks protein–RNA dua filamen dan kompleks tujuh subunit yang terikat pada DNA dwirantaian. 45

Mengapa ahli biologi molekul berminat

Oleh sebab VIPR membaca DNA menggunakan peraturan sasaran yang berlainan daripada CRISPR, ia suatu hari nanti mungkin membantu mencapai lokasi DNA yang sukar ditangani oleh enzim CRISPR tertentu — contohnya, lokasi yang terhad oleh ketersediaan PAM atau keperluan padanan RNA-DNA yang berterusan.

Komponen protein dan RNA VIPR yang relatif kecil juga mungkin memudahkan pembungkusan serta penghantaran berbanding sistem penyuntingan yang memerlukan kompleks berbilang protein. Tetapi ini masih kelebihan kejuruteraan yang dicadangkan, bukannya manfaat terapeutik yang telah dibuktikan. 16

Peranan pasukan Jennifer Doudna

Penyelidikan ini datang daripada kerjasama yang diterajui UC Berkeley dan Innovative Genomics Institute, termasuk Jennifer Doudna. Pasukan itu menggunakan pencarian berpandukan struktur untuk mengenal pasti protein berkaitan RNA yang menyerupai unsur dalam CRISPR, sebelum mencirikan sistem daripada faj itu melalui eksperimen biokimia dan struktur. 23

Mereka juga menunjukkan bahawa unsur jujukan vrRNA boleh diprogramkan semula untuk mengalihkan VIPR kepada sasaran lain dalam faj. Kesan yang telah ditunjukkan ialah penindasan transkripsi: pengikatan DNA yang menghalang ekspresi gen. Ia belum menjadi platform umum untuk memotong atau menulis semula DNA. 16

Bukan jalan pintas ke terapi gen

VIPR muncul ketika teknologi penyuntingan boleh atur berkembang pantas melangkaui CRISPR klasik, termasuk pendekatan untuk penyisipan gen, penyuntingan bes, penyuntingan RNA dan kawal selia gen. Namun, lebih banyak pilihan teknologi juga bermaksud lebih banyak perkara keselamatan perlu dinilai: pengikatan luar sasaran, kerosakan DNA tidak disengajakan, perubahan ekspresi gen, kaedah penghantaran, tindak balas imun dan kesan jangka panjang. 16

Kajian VIPR semasa tidak membuktikan keselamatan atau keberkesanan pada manusia, haiwan, tumbuhan atau ekosistem.

Sebelum penggunaan dalam sel mamalia, terapi gen klinikal atau pertanian boleh dipertimbangkan, penyelidik perlu menunjukkan bahawa VIPR boleh diekspres dan dipasang dengan cekap dalam sel eukariot; memetakan julat sasaran serta ketepatannya dalam genom yang kompleks; menggabungkannya dengan selamat kepada efektor untuk penindasan, penyuntingan atau pembaikan; dan membangunkan cara penghantaran yang praktikal. Ujian menyeluruh dalam sel dan haiwan, termasuk ketahanan kesan, ketoksikan, imunogenisiti dan kesan luar sasaran, juga diperlukan.

Buat masa ini, bukti tidak mencukupi untuk menyatakan VIPR sedia digunakan dalam bidang-bidang tersebut.