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# 生物学 # 生物情報学

クラッキングクラウドで遺伝子編集を革命的に変える

Crackling-Cloudがどのように遺伝子編集をすべての研究者にとって身近なものにしているかを発見しよう。

Jacob Bradford, Divya Joy, Mattias Winsen, Nicholas Meurant, Mackenzie Wilkins, Laurence Wilson, Denis Bauer, Dimitri Perrin

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パチパチ雲:遺伝子編集を簡 パチパチ雲:遺伝子編集を簡 単に で手軽にする。 すべての研究者のために、遺伝子編集を簡単
目次

CRISPR-Cas9は、科学者が遺伝子編集に使う道具で、文書を編集するワードプロセッサーに似てる。この技術はシンプルで手頃な価格だから人気なんだ。研究者がCRISPR-Cas9を使うときは、ガイドRNA(GRNA)と一緒に使うんだ。このgRNAはDNAのどこで切るかを教えてくれる。このセットアップのおかげで、科学者は遺伝子を簡単に変更したり編集したりできる。

本を直すのを想像してみて。正しい場所を見つけて、他の行をめちゃくちゃにせずに変更するための信頼できる方法が必要だよね。これがCRISPR-Cas9が遺伝子に対してやってることなんだ。ツールのおかげで、遺伝学の大規模な研究が進み、研究者の生活が楽になった。でも、すべてのことと同じように、ある程度の計画と品質管理が必要だよ。

良質なgRNAの重要性

成功する遺伝子編集には、正しいgRNAを選ぶのが重要だよ。考えるべきことは主に二つ:

  1. オンターゲットアクティビティ: gRNAがDNAの所定の場所でどれだけうまく機能するか、効率性に関すること。
  2. オフターゲットアクティビティ: gRNAが不必要な場所で切らずに済むか、特異性に関連すること。

良いgRNAは、正しい場所で素晴らしい仕事をして、他のエリアで余計なことをしないもの。ピザカッターのようなもので、テーブルクロスを切らずにピザを完璧にスライスするべきなんだ。

gRNAの賢い選び方

最高のgRNAを選ぶために、研究者は複数のアプローチを使って確認する方法を開発したよ。3つの方法のうち少なくとも2つが特定のgRNAに同意したら、それを効率的だとタグ付けするんだ。これによって、結果の精度が高まる。

このスマートなアプローチを使ったおかげで、科学者は遺伝子編集の成功率が驚くほど高い-99%にもなるんだ!それって、ゲームショーの参加者が百万ドルを勝ち取るようなもんだね!

gRNAの特異性を評価する

さて、gRNAが不要な切り口を避ける能力を評価するのは難しい。研究者は、各gRNAをゲノム内のあらゆるターゲットサイトと比較することができるけど、これは干し草の中の針を探すようなもので、何十万本もの針がある感じ。数兆の比較をする代わりに、関連するサイトを見て効率的に進める方法を開発したんだ。

そのツール「Crackling」は、業界で最も速いものの一つなんだ。科学者がテーブルの下を台無しにせずに完璧なピザスライスを見つける手助けをしてくれる。

アクセスしやすさと使いやすさ

もちろん、どんなに賢いツールでも、ユーザーが使う技術的な知識がなければ役に立たないよね。多くの研究者は、これらのプログラムを実行するために必要な高度なコンピュータシステムにアクセスできないかもしれない。そこで、Cracklingは今やアマゾンのクラウドサービスで利用可能になったんだ。

クリック一つで、科学者は自分の仮想スペースでソフトウェアを展開できて、ネットワーキングやサーバー管理の複雑なバックエンドなことを理解する必要がない。まるでオンラインでピザを注文するみたいに、トッピングを選んで「注文」ボタンを押すだけ。

サーバーレスクラウドコンピューティング:その裏にある魔法

サーバーレスクラウドコンピューティングは複雑に聞こえるけど、実際はユーザーがサーバーを管理しなくていいってこと。研究者がCracklingを使いたいときは、使いやすいインターフェースを通じてジョブを提出すれば、技術がその先を引き受けてくれる。

仕事が終わったら、コンピューティングパワーは自動的にゼロにスケールダウンして、誰も情報を処理していないときにはコストを節約できる。まるで、必要なときだけ現れて、ショーが終わったら消えていく魔法使いみたい-スタンバイのウサギに月額料金は必要ない!

Crackling-Cloud:生活を楽にする

新しいバージョンのCrackling-Cloudが登場した。これはサーバーレスクラウドコンピューティングモデルを使っているから、もっと多くの人が手に入れやすくなったよ。ユーザーは自分のクラウド環境で作業できるから、データは安全に保たれ、誰かに送る必要はない。

このセットアップは、科学者だけでなく、彼らの財布にも優しい。リソースは必要なときだけ使われるから、アイドルサーバーでコストが膨らむ心配もない。

どうやって動くの?

Crackling-Cloudはイベント駆動のアーキテクチャを持っている。賑やかなダイナーのように、注文が入り、迅速に処理される。研究者がgRNAを設計したいとき、簡単なウェブインターフェースを通じてリクエストを送る。システムは注文を処理し、必要なリソースを確認して作業にかかる。

もしユーザーがすぐに利用できないゲノムで作業したいなら、安全にアップロードできる。すべての必要なデータが整ったら、システムは可能なgRNAのリストを生成し、各gRNAのパフォーマンスや問題の可能性を含める。

作業が終わったら、結果は保存されていて、様々な方法で取得できる。メールをチェックするのと同じくらい簡単だよ。もし誰かが野心を持っていたら、上級ユーザーは自分のツールを使ってデータを掘り下げることもできる。

パフォーマンス

これまで、研究者たちはgRNA設計のための異なるツールを試してみて、Cracklingが最も速くて正確であることを見つけたよ。

これをテストするために、科学者たちは異なる量のgRNAの処理にかかる時間を測った。ある実験では、Crackling-Cloudが1,000gRNAをたったの69秒で分析できたことがわかったんだ。10,000gRNAの場合は約3.5分。誰かが数えたら、それは大きなピザボックスの中の正しいタケを見つけるよりも速い。

大きなゲノムの取り扱い

大きなゲノムで作業する場合、物事は複雑になる。タスクにはかなりのコンピュータリソースが必要で、ほとんどのツールはこれで苦しむ。Crackling-Cloudは、クラウドの広大なリソースを活用して、効率的な処理を実現するから、高価なハードウェアは必要ない。

すべての人にアクセス可能にする

それで、なぜCrackling Cloudが重要なのか?それは、技術に詳しくないユーザーにとってプロセスが簡単になるからだよ。シンプルなセットアップで、誰でもアマゾンのアカウントにソフトウェアを展開できて、ユーザー名、パスワード、クレジットカードがあればOK。技術に詳しい人たちが不公平なアドバンテージを持っていた時代は終わった!

今、ユーザーはすぐにgRNAの設計に取り掛かれる。複雑なインストールやサーバー管理は一切不要。

データプライバシーの重要性

科学の世界では、データプライバシーが重要だよ。従来のウェブサーバーを使うと、研究者はデータを送る必要があって理想的じゃない。Crackling-Cloudでは、彼らは自分のクラウドセットアップ内でデータを安全に保つことができる。情報がどのように扱われ、共有されるかのコントロールがあり、データ漏洩や喪失の心配がなくなる。

サーバーレスモデルの魔法

サーバーレスモデルを使うことで、無駄がなくなる。作業がなければ、リソースは他の人に使われ、コストが大幅に削減される。また、物理的なサーバーを管理する必要がなくなることで、ソフトウェア開発も効率化される。

Crackling-Cloudでは、gRNAの設計がないとき、リソースは日差しの降り注ぐ窓辺でくつろぐ猫のようにくつろげる。システム全体はスムーズに保たれ、お金を節約できて、研究者は本当に重要なこと-科学に集中できるように設計されているんだ!

将来の開発のためのテンプレートソリューション

最後に、Crackling-Cloudは、アマゾンの強力なツールを使って構築されたテンプレートソリューションを提供している。これによってセキュリティが向上し、展開が簡素化される。まるで、卵とバターを加えるだけでいいプリパッケージクッキーミックスを手に入れるようなもんだ。将来の開発者も、自分のニーズに合わせて簡単にセットアップを調整できる。

Crackling-Cloudは、アクセスの良さ、効率性、データプライバシーを提供する現代のCRISPR-Cas9 gRNA設計ツールとして際立っていて、費用もずっと少ない。技術は本当に生活を楽にするために存在していて、誰でも遺伝子編集の楽しみに参加できるようにしているんだ、財布や体に負担をかけずにね。

だから、遺伝子編集は科学の魔法使いだけの特権だと思ってたら、もう一度考えてみて。Crackling-Cloudのようなツールがあれば、パイのように簡単-それとも、ピザのように簡単かもね!

オリジナルソース

タイトル: Crackling Cloud: an event-driven, cloud-based CRISPR-Cas9 guide RNA design tool

概要: Gene editing has been revolutionised by the CRISPR-Cas9 technology. The versatility and ease-of-use of the technology far exceeds its predecessors, however, the selection of a high-quality guide RNA (gRNA) is critical to directing it to a target site. Selecting gRNA calls upon high-performance algorithms that evaluate nuclease activity at on-target and off-target sites. While there are a suite of programs available, many struggle to analyse the largest genomes, or their predictive accuracy is low. We have previously published a program, named Crackling that is amongst the fastest and most accurate tools available, however, it requires an end-user to have access to a traditional high-performance computing environment. Here, we present an adaptation of Crackling, named Crackling Cloud, that takes advantage of modern serverless cloud technologies that are widely available to anyone, and do not consume resources and incur costs when sitting idle, but can scale to use large volumes of resources when analyses require that. Crackling Cloud is provided as a templated solution using technologies of Amazon Web Services, and is available for free on GitHub under the terms of the BSD 3-clause licence: https://github.com/bmds-lab/Crackling-AWS

著者: Jacob Bradford, Divya Joy, Mattias Winsen, Nicholas Meurant, Mackenzie Wilkins, Laurence Wilson, Denis Bauer, Dimitri Perrin

最終更新: 2024-12-05 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.04.626718

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.04.626718.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

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