Jeszcze nowszy wspaniały świat

Naukowcy z Instytutu Salka opracowali nową metodę zmieniania zapisu DNA w żywych komórkach (fot. arch. PAP/EPA/ALEX HOFFORD)

Lulu i Nana, dwie małe odporne na AIDS i prawdopodobnie inteligentniejsze od swych rówieśników Chinki, udoskonalone dzięki edycji genów ich zarodków metodą CRISP-R/Cas9, to już przeszłość. I choć od ogłoszenia ich zaistnienia na naszej planecie przez dr. He Jiankui nie minął nawet rok, czas przygotować się na kolejną genetyczną, a co za tym idzie – etyczną – rewolucję.

Chińczycy znowu przekraczają granice, czyli o małpie, której mózg ma się rozwijać jak ludzki

Uczeni z Chin od czasu uzyskania przez dr He Jiankui za pomocą techniki CRISPR-Cas9 bliźniaczek odpornych na AIDS i potencjalnie...

zobacz więcej

Dziś amerykańscy uczeni z Instytutu Salka w La Jolla w Kalifornii, założonego i biorącego swe imię od wynalazcy szczepionki przeciw polio, donoszą o opracowaniu przez siebie jeszcze lepszej od CRISP-R/Cas9 metody zmieniania zapisu DNA w żywych komórkach i organizmach.

Choć metoda nazwana SATI działa na razie jedynie na laboratoryjnych myszach, nie widzę żadnego technicznego powodu, dlaczego nie miałaby się dać zastosować u ludzi. A o powody etyczne będą się bić – lub nie – bioetycy. Jak zazwyczaj w takich razach i zgodnie ze swymi najlepszymi intencjami, co do których nie ma powodów zgłaszać wątpliwości, autorzy swe poszukiwania jeszcze lepszej metody edytowania genów motywują potrzebą walki z niezliczonymi chorobami genetycznymi ludzi.

Na łamach najnowszego numeru czasopisma naukowego „Cell Research” naukowcy kierowani przez Juana Carlosa Izpisua Belmonta, szefa Laboratorium Ekspresji Genów w Instytucie Salka, określają swą metodę jako „potężną”. Z czego wynika ta niezwykła moc?

Otóż istnieją takie choroby uwarunkowane genetycznie i co za tym idzie dziedziczne, których powstawanie nie wynika z prostej, tzw. punktowej mutacji w jakimś konkretnym genie. Nie zawsze też, jak w przypadku wspomnianych wyżej chińskich dziewczynek, wrażliwość na jakiegoś wirusa, np. HIV, polega na posiadaniu w DNA konkretnego genu. Gdy tak jest, gen wystarczy usunąć – jeśli się da to zrobić bez poważnych skutków ubocznych – lub zamienić „chory” wariant genu na „zdrowy”. Tu technologia CRISP-R/Cas9 jest technologicznie wystarczająco potężna. A w dodatku dość prosta w zastosowaniu (doktorant da radę), skomercjalizowana i względnie niedroga.

Przeszczep mikrobiomu pomaga w terapii autyzmu i nowotworów

Przeszczep mikrobiomu to byłoby ładne, ale niedokładne tłumaczenie angielskiego terminu z medycyny klinicznej: „fecal transplant”. Chodzi o...

zobacz więcej

Czasami jednak istotne jest, np. ile razy powtórzony jest jakiś fragment DNA w sekwencjach samego genu lub okalających gen. Tak jest, w dużym uproszczeniu, chociażby w przypadku pląsawicy Huntingtona. Oznacza to np. że aby „naprawić” taki kawałek DNA, czyli uleczyć chorobę trzeba by było wyciąć nadmierną liczbę tych nadmiernych powtórzeń. Niestety w samej metodzie CRISP-R/Cas9 kryje się wewnętrzna niemożność dokonania tego. Opiera się ona bowiem o rozpoznawanie obszarów charakterystycznych w taki sposób, że wiodąca całą maszynerię genetyczną króciutka cząsteczka RNA syntetyzowana na zamówienie dla zmiany konkretnej sekwencji DNA „przyklejałaby się” w zbyt wielu miejscach. Proces zatem zainicjowany w wielu miejscach zamiast w jednym konkretnym, nie miałby szans na powodzenie.

Z kolei w niektórych rodzajów progerii, czyli przedwczesnego starzenia się dzieci, gdy maleńkie 2-latki wyglądają jakby miały lat 20, uszkodzeniom ulegają mechanizmy naprawy DNA czy stabilności struktury chromosomów. Czyli cząsteczek zbudowanych z DNA, niosących zatem geny, które dziedziczymy po rodzicach. Tak jest np. w progerii związanej z zespołem Blooma czy zespołem Cockayne’a. Skoro system CRISP-R/Cas9 wymaga sprawnego działania owych mechanizmów naprawy DNA, to do genetycznego leczenia tej choroby nie dałoby się go zastosować.

Gdy z kolei wymagający zmiany odcinek DNA jest „nieczynny” w komórkach zarodkowych lub szybko dzielących się (nabłonek jelitowy, skóra) – gdzie na ogół stosuje się metodę CRISP-R/Cas9, metody tej też na ogół nie da się wykorzystać.

Innym problemem jest, gdy DNA, który ma ulec zmianie, jest nieaktywny. Są bowiem w naszym genomie całe obszary DNA, na których w wielu komórkach naszego organizmu nic się nie dzieje – ten DNA nie jest tłumaczony na język RNA, ani potem białek, czyli, jak to się ujmuje naukowo: nie ulega ekspresji. Taki „nieczynny” DNA to, bagatela, 98 proc. całego naszego genomu! Jego rolą bywa często regulowanie pracy samych genów. W niektórych bardzo istotnych, a często nielicznych komórkach naszego organizmu taki „milczący” DNA odgrywa jednak ważną rolę, a mutacje w nim się znajdujące mogą być przyczyną chorób.

Nowy lek przeciwgrypowy zastąpi szczepionkę?

Artykuł holenderskich wirusologów w najnowszym numerze „Science” przynosi nadzieję dla nawet 5 milionów ludzi, którzy rokrocznie zapadają na grypę....

zobacz więcej

Bardzo istotną częścią takiego niekodującego, ale bardzo ważnego DNA są tzw. introny. Trzeba bowiem wiedzieć, że geny nasze są niczym poskładane z kilku – kilkunastu klocków. Każdy taki klocek (zwany egzonem) kodowawny jest w DNA, a przed nim i za nim znajdują się sekwencje intronów. Są precyzyjnie wycinane przez komórkową maszynerię, gdy gen jest już przepisany na język RNA. To właśnie introny stały się miejscem docelowym działania technologii SATI.

Uczeni z Kaliforni twierdzą – i pokazali to na myszach – że ich metoda, SATI, da sobie radę w powyżej opisanych sytuacjach. Ta sama grupa badawcza wcześniej opracowała metodę opartą o CRISP-R/Cas9, nazwaną HITI, która pozwalała zmieniać zapis genetyczny w komórkach nie dzielących się aktywnie.

Teraz uczeni poszli o krok dalej. Zdołali dodatkowo wprowadzić do DNA myszy konkretny poskładany już z klocków-egzonów gen w wybranym przez siebie miejscu w intronie „chorego” genu. Co więcej, wybrali jako ów fragment cały gen odpowiedzialny za progerię w zespole Hutchinsona-Gilforda. Pojedyncza mutacja w tym genie (zwanym LMNA) jest niestety tak umieszczona, że jej klasyczna wymiana metodą CRISP-R/Cas9 udałaby się tylko cudem.

Jednak wprowadzenie do intronu poprzedzającego fragment DNA niosący ową mutację całego prawidłowego genu LMNA sprawia, że jest on odczytywany i przepisywany przez komórkową maszynerię. Ponieważ wystarczy mieć jedną prawidłową kopię tego genu, aby być zdrowym, myszy eksperymentalne modelowe dla progerii nie starzeją się przedwcześnie. Zastosowanie metody SATI zatem uleczyło myszy z niesionej przez nie choroby genetycznej. Dalsze ulepszenia miałyby polegać na zwiększeniu efektywności przyjmowania naprawionego DNA w tej technologii przez ssacze komórki.

Coraz częściej nie jest problemem, co w ramach ingerencji w genom żywych komórek i organizmów da sie zrobić. Powstają raczej pytania: co wolno? i dlaczego nie?

źródło:
Zobacz więcej