Technológia úpravy génov pomocou systému CRISPR-Cas9 môže viesť k mnohým nežiaducim mutáciám. K tomuto záveru dospeli vedci z Columbia University Medical Center. "Lenta.ru" hovorí o novej štúdii, ktorej výsledky boli uverejnené v časopise Nature Methods.
CRISPR / Cas9 je molekulárny mechanizmus, ktorý existuje vo vnútri baktérií a umožňuje im bojovať s vírusmi bakteriofágmi. CRISPR sú „kazety“v DNA mikroorganizmu, ktoré sa skladajú z opakujúcich sa úsekov a jedinečných sekvencií nazývaných spacery. Posledne menované sú fragmenty vírusovej DNA. CRISPR sa v podstate dá považovať za databanku obsahujúcu informácie o génoch patogénnych látok. Proteín Cas9 používa tieto informácie na správnu identifikáciu cudzej DNA a jej zneškodnenie rezaním na konkrétnom mieste.
Presnosť CRISPR / Cas9 umožňuje jeho použitie ako nástroja na úpravu génov, ktorý je oveľa účinnejší ako predtým existujúce metódy. Vedci vkladajú DNA kazetu obsahujúcu proteínový gén Cas9 a oblasť kódujúcu špeciálnu molekulu cielenej RNA (sgRNA) do bunky, v ktorej genómovej zmene sa majú vykonať. Ten sa môže pripojiť k určitému miestu v genóme, čo ukazuje na Cas9, kde sa má rezať. Potom môžete do medzery vložiť požadovaný gén alebo skupinu génov a vytvoriť tak modifikovanú bunku.
Výhodou systému CRISPR / Cas9 je to, že dokáže vykonať presné zmeny, čím sa zníži počet nežiaducich škrtov (účinky mimo cieľ) v iných častiach genómu. Okrem toho šetrí čas a peniaze - na rozdiel od iných bežne používaných metód, ktoré používajú nukleázové enzýmy. Systém CRISPR je vhodnejší v situáciách, keď je potrebné opraviť niekoľko defektných génov naraz, pretože vyžaduje iba syntézu zodpovedajúcej sgRNA. V prípade nukleáz je pre každé konkrétne miesto DNA potrebné zostaviť vlastný špecifický enzým, ktorý je dlhší a drahší.
CRISPR / Cas9 Umelecký obraz: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT
Táto technológia sa rýchlo stala populárnou nielen medzi vedcami, ale aj v populárnej kultúre. Napríklad sa objavuje v zápletke niektorých epizód novej sezóny The X-Files ako zbraň hromadného ničenia. Obavy vyjadril aj riaditeľ americkej národnej spravodajskej služby James Clapper, ktorý sa domnieva, že genetické inžinierstvo je hrozba. Akákoľvek technológia je však nebezpečná, ak sa použije nesprávne. Napríklad neprimerané a časté používanie antibiotík, ktoré zachránili životy stovkám tisícov ľudí, podporuje vznik antimikrobiálnych superbugov.
Napriek fikcii, sám CRISPR / Cas9, rovnako ako antibiotiká, nemožno použiť ako zbraň ničenia ľudí. Môžete však vytvoriť modifikované organizmy, ako napríklad komáre, ktoré šíria chybný gén v populácii, čo môže viesť k výraznému zníženiu počtu hmyzu sajúceho krv. Biológovia požadujú, aby boli pri takýchto aplikáciách mimoriadne opatrní.
Imunitné bunky útočia na rakovinový rast Foto: Steve Gschmeissner / Science Photo Library
Propagačné video:
Mnoho biotechnológií zároveň verí, že táto technológia umožní úspešne liečiť nebezpečné choroby vrátane chorôb spôsobených genetickými príčinami. Napríklad na konci roku 2016 Čína experimentovala s liečením agresívnej rakoviny pľúc. Imunitné bunky pacienta boli odstránené a gén, ktorý potláča boj proti malígnym nádorom, bol vypnutý. Postup modifikácie genómu bol úspešný a bunky boli znovu zavedené do tela pacienta.
CRISPR / Cas9 má svoje nevýhody. DNA zlomená molekulárnymi „nožnicami“tak stráca časť sekvencie, ktorá bráni „bodovej“editácii, to znamená nahradeniu jedného jediného nukleotidu. Biotechnológovia vytvárajú vylepšené verzie systému prekonaním týchto obmedzení. Napríklad juhokórejskí vedci kombinovali enzým Cas9 s iným proteínom, cytidín deaminázou. Naučilo sa to CRISPR / Cas9 vyrábať jednoduché nukleotidové substitúcie.
Existuje však ďalší problém. Faktom je, že táto technológia môže tiež zaviesť nežiaduce mutácie a vedci ešte úplne nechápu, ako sa to dá eliminovať. Pokiaľ ide o liečbu ľudí, riziko je stále neprimerane vysoké: vedľajšie zmeny v genóme môžu veľmi poškodiť zdravie.
Určité algoritmy môžu predpovedať, kde v genóme je možné vykonať zbytočné výmeny. Fungujú veľmi dobre, keď CRISPR modifikuje jednotlivé bunky alebo tkanivá, ale nepoužívajú sa, pokiaľ ide o živé organizmy.
Štruktúra CRISPR / Cas9 Foto: Ian Slaymaker / Broad Institute
Napríklad biotechnológovia na Columbia University použili technológiu na odstránenie mutácií, ktoré spúšťajú retinitis pigmentosa. Z tohto dôvodu boli odobraté kožné bunky od pacienta a preprogramované na kmeňové bunky. Porucha bola potom opravená pomocou kazety CRISPR. Takéto modifikované bunky môžu byť konvertované na bunky sietnice a transplantované do pacienta na obnovenie videnia.
Okrem toho tí istí vedci vytvorili geneticky modifikované myši, ktorým bol injikovaný CRISPR v štádiu zygoty. Vedci potom sekvenovali (určili nukleotidovú sekvenciu) celý genóm myší. Aj keď CRISPR úspešne korigoval gén, v ktorom defekt spôsobil slepotu, zaviedol tiež viac ako 1 500 jednonukleotidových mutácií a viac ako 100 delécií (delécie krátkych rezov) a inzercií. Počítačové algoritmy nepredpovedali žiadnu z týchto nechcených zmien.
Genómová modifikácia je dobrý spôsob liečby dedičných chorôb, ktoré sú v súčasnosti nevyliečiteľné. Podľa Stephena Tsanga, on a jeho spoluautori sa domnievajú, že je dôležité, aby si vedci o genetickom inžinierstve boli vedomí potenciálneho nebezpečenstva nežiaducich mutácií, ktoré môžu vzniknúť pri úprave DNA. Takéto mutácie zahŕňajú tak nukleotidové substitúcie v kódujúcich oblastiach genómu, ako aj v nekódujúcich oblastiach, kde sú umiestnené regulačné prvky (kontrolujú aktivitu génov).
Napriek mutáciám sa myši darili dobre. Biotechnológovia ostávajú optimistickí v oblasti génovej terapie, pretože akýkoľvek lekársky zásah má vedľajšie účinky. Musíte len vedieť, čo sú. V budúcnosti sa tým zlepší technológia na minimalizovanie účinkov mimo cieľ.
Alexander Enikeev