Najnowsze odkrycia naukowe, w dziedzinie badań genomu człowieka i ich zastosowania w Badaniach Klinicznych szczepionek
W ramach obchodów Światowego Dnia DNA ważne jest podnoszenie świadomości na temat najnowszych odkryć naukowych dotyczących DNA oraz ludzkiego genomu. Ponadto – w 2022 roku mija 200. rocznica urodzin Grzegorza Mendla – osoby, która stworzyła podwaliny wiodących zasad dziedziczenia.
Do niedawna w temacie ludzkiego genomu było wiele niewiadomych, ale na szczęście dzięki wytrwałej i ciężkiej pracy naukowców, możemy już powiedzieć, że brakujące luki zostały wypełnione.
Celem tego artykułu jest przedstawienie najnowszych, istotnych odkryć i innowacji w dziedzinie DNA i ludzkiego genomu. Co więcej – należy zaznaczyć, że odkrycia genomiczne są niezwykle istotne, a ich wyniki wykorzystywane są w Badaniach Klinicznych, szczególnie w Badaniach nad szczepionkami. Badania te pozwalają naukowcom mieć również odpowiednie środowisko do odkrywania i rozumienia funkcjonowania ludzkich genów. Najnowsze badania nad ludzkim genomem nie tylko otwierają nowe perspektywy, ale również tworzą możliwości dla innowacyjnego leczenia, profilaktyki i diagnostyki Pacjentów.
Kiedy w 1990 roku rozpoczęto projekt mapowania ludzkiego genomu, naukowcom bardzo trudno było wypełnić brakujące luki w ludzkim DNA i całkowicie zrozumieć powtarzające się regiony genomu. Wynikało to z tego, że technologie sekwencjonowania DNA w tamtych czasach ograniczały się do odczytu tylko około 500 nukleotydów na raz. Dlatego te krótkie fragmenty musiały na siebie nachodzić, aby odtworzyć całą sekwencję. Metoda ta bez wątpienia okazała się nieefektywna i czasochłonna oraz pozostawiała wiele znaków zapytania.
W końcu, w maju 2021 roku, konsorcjum Telomere-to-Telomere ogłosiło, że wszystkie pozostałe luki ludzkiego DNA zostały ostatecznie wypełnione. Prace Międzynarodowego Konsorcjum naukowców pozwoliły na udoskonalenie technologii sekwencjonowania i w konsekwencji umożliwiły odczytanie dłuższych sekwencji nukleotydów. W ten sposób sekwencjonowanie trzeciej generacji umożliwiło poznanie dużych, powtarzalnych regionów i po raz pierwszy poznanie całego ludzkiego genomu.
Konsorcjum Telomere-to-Telomere przedstawiło pełną sekwencję genomu ludzkiego T2T-CHM13, opartą na 3,055 miliardach par zasad, która obejmuje całe obszary wszystkich chromosomów, z wyłączeniem chromosomu Y. Wprowadzono aktualizacje, w dotychczas stosowanych odniesieniach i ogłoszono zsekwencjonowanie około 200 milionów par zasad, zawierających najprawdopodobniej 1956 genów. Ukończone regiony obejmują wszystkie centromerowe macierze satelitarne, końcowe segmentowe duplikacje i krótkie ramiona wszystkich pięciu akrocentrycznych chromosomów.
Po usunięciu bariery technologicznej, naukowcy mogą teraz rozszerzyć i prowadzić bardziej zaawansowane badania nad szczepionkami. Ponadto możliwość przeprowadzenia Badań przedklinicznych i Klinicznych, badających zmienność genomową, w całym genomie ludzkim, daje duże nadzieje na nowe, ulepszone szczepionki przeciwko szeregowi różnych chorób.
W ciągu ostatnich kilku lat, gdy zaczęła się pandemia koronawirusa SARS-CoV-2, naukowcy musieli szybko nadrobić zaległości, poszukując metod skutecznego leczenia COVID-19. Co więcej, nie tylko po to, aby odkryć, co faktycznie działa na Pacjentów zarażonych wirusem, ale także w celu zapewnienia przyszłej profilaktyki i wysokiej dostępności tych terapii dla ludzi na całym świecie. Dzięki temu miał również miejsce rozwój szczepionek nowej generacji. Naukowcy pracują nad zastąpieniem szczepionek mRNA, przez obecnie szybko rozwijające się szczepionki DNA nowej generacji. Postęp technologiczny w ostatniej dekadzie daje możliwość zastąpienia najczęściej stosowanych szczepionek RNA na koronawirusa szczepionkami DNA nowej generacji. Jest to możliwe dzięki wybitnemu postępowi w badaniach nad ludzkim DNA i genomem. Dzięki tym badaniom opracowane technologie będą mogły pomóc w obniżeniu kosztów produkcji i uproszczeniu warunków przechowywania szczepionek. W ten sposób szczepionki DNA będą znacznie łatwiej rozprowadzane na całym świecie, w wyniku czego większa liczba osób zostanie zaszczepiona. Szczepionki DNA są również badane w innych obszarach terapeutycznych. Badania Kliniczne mają być prowadzone nawet dla szczepionek przeciwko chorobom takim jak borelioza, HIV, czy malaria.
Innym ważnym narzędziem do edycji genomu, wykorzystywanym w Badaniach Klinicznych szczepionek jest CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat), jest to system obrony organizmów prokariotycznych przed egzogennymi elementami genetycznymi. Sekwencje CRISPR zostały początkowo odkryte w genomie E. coli w 1987 roku. Jednak dopiero w 2012 roku naukowcy odkryli, że możliwa jest edycja części genomu poprzez usuwanie, dodawanie lub zmienianie fragmentów sekwencji DNA, przy użyciu tej unikalnej technologii. Naukowcy używają CRISPR do korygowania mutacji genów, które mogą w pewnym momencie prowadzić do wystąpienia choroby. Co więcej, technologia ta nie tylko jest skuteczna, ale jest również o wiele łatwiejsza i szybsza w użyciu oraz najbardziej precyzyjna, jako narzędzie do edycji genów, od metod stosowanych do tej pory. Wreszcie, wydatki związane z wykorzystanie narzędzia genomowego CRISPR są znacznie niższe, w porównaniu ze wszystkimi obecnie istniejącymi metodami. Wykorzystując zalety CRISPR, w ciągu ostatnich kilku lat przeprowadzono wiele Badań Klinicznych. W tym w chorobach takich jak cukrzyca i HIV/AIDS.
Badacze planują rozpocząć badania nad szczepionką mającą na celu zapobieganie zakażeniu przez Leishmania major (rodzaj pasożytniczych pierwotniaków), przy użyciu techniki CRISPR. Wykazując wspaniałe wyniki w poprzednich badaniach, z użyciem CRISPR, naukowcy mają duże nadzieje, że ta technologia przyczyni się do powstania szczepionek nie tylko bardziej przystępnych cenowo, ale również posiadających mniejszą liczbą skutków ubocznych i łatwiejszych do zastosowania.
Coraz częściej stosowana jest technika CRISPR, która bez wątpienia w dużym stopniu przyczynia się do rozwoju nowych metod leczenia i profilaktyki. Na przykład w ciągu najbliższych kilku lat naukowcy planują rozpocząć Badania Kliniczne nad chorobami krwi, dziedzicznymi chorobami oczu, chorobami zakaźnymi, chorobami zapalnymi i zaburzeniami produkcji białek. Jednak, podobnie jak w wielu innych dziedzinach, jest jeszcze wiele do zbadania pod względem praktycznego wykorzystania tej techniki.
Naukowcy z nadzieją spoglądają na to, co jeszcze może nadejść w 2022 roku, w dziedzinie badań nad ludzkim genomem i DNA. Wraz z prowadzonymi badaniami pojawiają się udoskonalenia wszystkich technologii genetycznych, stosowanych w Badaniach Klinicznych. Zarówno genetyka, jak i Badania Kliniczne, są stale rozwijane, by wspólnie dać nowe, innowacyjne możliwości terapeutyczne, dla Pacjentów na całym świecie.
Bibliografia:
- https://www.technologynetworks.com/vaccines/news/crispr-vaccine-protects-against-leishmania-parasites-359622
- https://theconversation.com/the-human-genome-project-pieced-together-only-92-of-the-dna-now-scientists-have-finally-filled-in-the-remaining-8-176138
- https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj6987
- https://www.genome.gov/Clinical-Research/Current-NHGRI-Clinical-Studies
- https://www.genome.gov/research-at-nhgri/Clinical-Research
- https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03505879?cond=Lyme+disease+DNA&&draw=2&&rank=1
- https://www.nature.com/articles/d41586-022-00008-7
- https://www.addgene.org/crispr/history/
- https://innovativegenomics.org/news/crispr-clinical-trials-2022/
