Genetyka to bardzo dynamicznie rozwijająca się dziedzina nauki. Jedną z niedawno odkrytych i już szeroko testowanych i wykorzystywanych metod inżynierii genetycznej jest metoda CRISPR/Cas. Mechanizm ten został podpatrzony u bakterii i jest dla nich takim systemem odporności składającym się m. in. z fragmentów sekwencji należących do wirusów je atakujących. CRISPR to rejon DNA z powtarzającymi się sekwencjami. Po nim następuje sekwencja PAM, która prawdopodobnie odpowiada za "wybór" fragmentu sekwencji znajdującej się dalej, czyli sekwencji kwasu DNA należącego do wirusów, a blisko nich ulokowane są geny kodujące białka Cas o aktywności helikaz lub egzonukleaz (enzymy rozplatające i przecinające wiązania w kwasach nukleinowych). U bakterii takie połączenie tworzy układ chroniący przed atakującymi je wirusami. Bakteria zapamiętuje fragment sekwencji wirusa, który już raz ją zaatakował, by przy ponownej jego inwazji, szybko wykorzystać mechanizm CRISPR/Cas do obrony.
Najważniejszym etapem w systemie CRISPR jest możliwość uzyskania podwójnych pęknięć w DNA w odpowiednim miejscu. Naprawa takich uszkodzeń w komórkach eukariotycznych zachodzi w dwóch mechanizmach. Pierwszym jest niehomologiczne łączenie końców, w jej wyniku dochodzi do zmiany ramki odczytu, a na końcu powstaje nieprawidłowe, niefunkcjonalne białko lub przedwcześnie wstawiony zostanie kodon STOP, kończący translację. Drugim mechanizmem jest rekombinacja homologiczna. Wykorzystuje on częściowo komplementarne DNA do naprawy uszkodzonej nici, co pozwala na wprowadzenie mutacji punktowych, insercji lub delecji.
Technika jest bardzo prosta, więc naukowcy próbują ją wykorzystać w wielu dziedzinach, m. in. do leczenia chorób genetycznych. Z drugiej strony wywołuje też wiele obaw technicznych i etycznych, bo skoro jest prosta, to potencjalnie można ją wykorzystać nie tylko do leczenia chorób, ale także do modyfikacji np. embrionów, czyli potencjalnie można tak zmodyfikować zarodek, aby nadać mu konkretne cechy, np. konkretny kolor oczu. I tak też się stało w 2018 r. w Chinach, gdzie regulacje dot. wykorzystania technik inżynierii genetycznej właściwie nie istnieją lub są bardzo liberalnie traktowane. W listopadzie 2018 roku He Jiankui podzielił się ze światem wiadomością, że urodziły się pierwsze dzieci poddane uprzednio modyfikacji genetycznej. Wiadomo o blizniaczkach Nanie i Lulu oraz o jeszcze jednym dziecku poddanym modyfikacji na etapie zarodka, ale nie ustalono czy dziecko sie urodziło. Badacze zmodyfikowali gen dla receptora CCR-5 (cysteine-cysteine chemokine 5 receptor) będącym powierzchniowym białkiem komórek układu odpornościowego, a jego mutacja delta 32 związana jest z obniżeniem podatności na infekcję wirusem HIV. Możliwe że badacz miał dobre intencje, chcąc zmnjeszyć prawdopodobieństwo zakażenia w przyszłości wirusem HIV. Jednak wykorzystanie niezatwierdzonej techniki, która potencjalnie mogłaby wpłynąć nie tylko na sam gen dla receptora CCR-5, ale także na jakieś inne niezidentyfikowane miejsce w genomie dziewczynek, przesądziły o tym, że w grudniu 2019 roku, mimo niejasnych regulacji, He Jiankui i jego zespół zostali uznani winnymi przeprowadzenia nie zatwierdzonego eksperymentu medycznego na ludzkich embrionach przez sąd i skazani na więzienie oraz karę pieniężną.
Technika ta wydaje się być idealnym narzędziem do leczenia chorób genetycznych. Jednym z takich przykładów jest użycie jej do leczenia amyloidozy transtyretynowej (o czym pisałam w artykule poświęconym odkryciom naukowym 2021 roku). Próbuję się także wykorzystać ją w terapii rzadkich chorób poliglutaminowych, prowadzących do obumierania komórek w mózgu: choroby Huntingtona, ataksji mózgowo- rdzeniowych czy rdzeniowo- opuszkowego zaniku mięśni. Choroby te związane są z nieprawidłową ilością powtórzeń trójek nukleotydowych CAG. Przekroczenie pewnej ilości powtórzeń sekwencji CAG (różnych w zależności od choroby i genu) powoduje powstanie nieprawidłowego białka akumulującego się w komórkach nerwowych i doprowadzających do ich dysfunkcji i obumarcia. Polska badaczka, Magdalena Dąbrowska, prowadzi badania nad zastosowaniem zmodyfikowanej techniki CRISPR/Cas do indukcji pęknięć w DNA w miejscu występowania sekwencji CAG i obserwowania wpływu innych genów na modulowanie długości sekwencji CAG. Badaczka stworzyła na bazie systemu CRISPR/Cas swoje narzędzie qEva-CRISPR wykrywające mutacje powstałe po zastosowaniu CRISPR/Cas9 w różnych obszarach genomu. Ma to istotne znaczenie, ponieważ możemy sprawdzać, czy zastosowanie CRISPR/Cas9 w interesującym nas miejscu nie spowodowało zmiany w jakiejś innej części genomu, co jest jednym z ograniczeń tej techniki.
Technologia CRISPR/Cas pewnie przyniesie w 2022 roku kolejne przełomy, możliwość jej zastosowania w innych dziedzinach i może przyniesie kolejne rozwiązania i możliwości terapeutyczne dla chorych z chorobami genetycznymi.
https://biotechnologia.pl/biotechnologia/crispr-molekularne-nozyce-do-dna,16652
https://biotechnologia.pl/biotechnologia/polska-badaczka-wykorzystuje-innowacyjne-metody-edycji-genomu-w-eksperymentalnej-terapii-chorob-poliglutaminowych,21415?fbclid=IwAR1zHICfVwHC2qU6wJWqkRMF4LE_7h7SHRwrA_FnfHBTd2T8tiW8IXksync
Janik E i wsp. Various Aspects of a Gene Editing System—CRISPR–Cas9. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 9604; doi:10.3390/ijms21249604
https://media.nature.com/original/magazine-assets/d41586-020-00001-y/d41586-020-00001-y.pdf
Karwicka K i wsp., Innowacyjna terapia CAR-T w leczeniu nowotworów hematologicznych — wybrane aspekty genetyczne i immunologiczne. Hematologia 2020; 11, 3: 166–182.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29878242/
Komentarze
Prześlij komentarz