Bolj subtilna sprememba genov
Raziskavo je izvedla ekipa pod vodstvom Dieterja Eglija z Univerze Columbia. Uporabili so tehnologijo, imenovano urejanje baz, ki je novejša različica tehnologije CRISPR-Cas9. Za razliko od klasičnega CRISPR-Cas9, ki ga pogosto opisujejo kot molekularne škarje, ker reže obe verigi dvojne vijačnice DNK, je urejanje baz bolj subtilno. Ne poskuša rezati znotraj genoma, ampak kemično spremeni eno “črko” DNK v drugo.
ilustracija
Photo: pixabay.com
Kako tehnologija deluje?
DNK si lahko predstavljamo kot velikansko knjigo življenja, napisano s štirimi črkami oziroma dušikovimi bazami: A, T, C in G.
Znanstveniki so tehnologijo CRISPR-Cas9 prevzeli od bakterij in jo spremenili v orodje. Po srečanju z vdornim virusom lahko bakterije shranijo fragmente svoje DNK kot molekularni spomin in jih nato uporabijo kot navodila za prepoznavanje in rezanje virusne DNK, če se virus ponovno pojavi. V tem sistemu kratka molekula RNK vodi protein Cas9 do ustrezne virusne genetske kode, nato pa ga Cas9 razreže in pomaga bakterijam ustaviti okužbo.
Pri urejanju genov se CRISPR-Cas9 uporablja za natančno rezanje DNK na izbranem mestu, nato pa lahko naravni mehanizmi popravljanja DNK inaktivirajo gene, popravijo mutacije ali vstavijo nova genetska zaporedja. Vendar to popravilo ni vedno urejeno ali nadzorovano. Lahko se konča z brisanjem velikih delov genoma ali drugimi neželenimi spremembami.
Urejanje baz izhaja iz tehnologije CRISPR, vendar ne deluje na enak način kot klasična tehnologija urejanja genov CRISPR-Cas9.
Pri urejanju baz se za iskanje natančne lokacije v genomu uporablja tudi sistem CRISPR, vendar je Cas9 spremenjen tako, da ne reže DNK ali reže samo eno verigo. Nanj je pritrjen encim, ki kemično pretvori eno bazo v drugo, nato pa celica zaključi postopek in potrdi spremembo.
Urejanje baz je podobno popravljanju tipkarskih napak. Cilj je spremeniti eno samo črko, na primer A v G, ne da bi pri tem močno prerezali dvojno vijačnico DNK.
Urejeni geni, pomembni za holesterol in krvne bolezni
V novem delu so znanstveniki preizkusili urejevalnike baz adenina oziroma orodja, ki lahko A spremenijo v G. Ciljali so na dve področji: gen PCSK9, pomemben za uravnavanje holesterola, in gene HBG1/2, povezane s fetalnim hemoglobinom, ki je pomemben za bolezni, kot sta srpastocelična anemija in beta-talasemija. Hemoglobin je beljakovina v rdečih krvničkah, ki prenaša kisik.
Najpomembnejši rezultat poskusa je bil, da je bilo urejanje učinkovito in avtorji niso odkrili velikih delecij ali kromosomskih nepravilnosti na ciljnih mestih. To je ključnega pomena, ker so prejšnji poskusi uporabe klasične tehnologije CRISPR-Cas9 v človeških zarodkih pokazali, da lahko rezanje DNK povzroči resen genomski kaos.
Problem nepopolnosti
Egley je že prej opozarjal na to težavo s tehnologijo CRISPR-Cas9. Leta 2020 je njegova ekipa objavila članek v reviji Cell, ki je pokazal, da bi lahko tehnologija pri človeških zarodkih povzročila izgubo velikih delov kromosoma ali celo celotnega kromosoma. Univerza Columbia je takrat opozorila, da takšne ugotovitve kažejo, zakaj je potrebna izjemna previdnost, preden se kakršen koli pristop uporabi v kliničnih aplikacijah.
Nova študija je poskus odgovora na to vprašanje. Glede na predhodno različico znanstvenega članka je spodbudna, vendar ne dokončna. Avtorji navajajo, da urejanje/spreminjanje baze ni povzročilo večjih kromosomskih motenj, da so bile neželene spremembe zunaj ciljnega mesta odvisne od kratke molekule RNA, ki vodi celoten sistem (spremenjen protein Cas9, povezan s posebnim encimom) do natančnega mesta v genomu, kjer bi moral delovati.
Pomemben je bil tudi način, kako so znanstveniki orodje za urejanje genov vnesli v zarodke. Ko so osnovni urejevalnik vstavili neposredno kot že pripravljen protein, so se zarodki ob oploditvi ali zelo kmalu zatem lahko nadaljevali z razvojem do stopnje blastociste. Blastocista je zgodnja faza zarodka, nekaj dni po oploditvi, preden se naravno vgnezdi v maternico.
Iz tako urejenih zarodkov so znanstveniki lahko pridobili tudi embrionalne matične celice oziroma celice, ki se lahko razvijejo v različne vrste tkiv. Ko pa so poskušali vnesti isto orodje kot RNA, torej kot navodila celici za izdelavo samega urejevalnika, se je razvoj zarodka zgodaj ustavil. To kaže, daPri takšnih postopkih ni pomembno le uporabljeno orodje, temveč tudi trenutek in oblika, v kateri je vneseno.
Problem mozaicizma
Po poročilu v Wall Street Journalu je v Eglijevi študiji skoraj 80 % zarodkov postalo mozaičnih, kar pomeni, da genetska sprememba deoksiribonukleinske kisline ni prizadela vseh celic; nekatere so ohranile nespremenjen gen. Mozaicizem je velik problem za vsako klinično uporabo, saj ima lahko zarodek mešanico spremenjenih in nespremenjenih celic. Če je cilj preprečiti dedno bolezen, takšen izid ni dovolj zanesljiv.
Egli zato ne trdi, da so znanstveniki pripravljeni urejati dojenčke. Dodal je, da mora ta proces potekati skozi razpravo, ki je v skladu z znanstvenim napredkom.
Primer kitajskega znanstvenika
Kontekst je še posebej občutljiv zaradi primera leta 2018, ko je kitajski znanstvenik He Jiankui napovedal, da so se rodili prvi dojenčki, katerih gene je uredil. Trdil je, da je s tehnologijo CRISPR-Cas9 spremenil gen CCR5, da bi otroke naredil odpornejše na okužbo z virusom HIV. Znanstvena skupnost je poskus obsodila kot neodgovornega, prezgodnjega in etično nesprejemljivega, zato je kasneje končal v zaporu za tri leta.
Od takrat je urejanje človeških reproduktivnih celic, torej spremembe, ki bi se lahko prenesle na prihodnje generacije, ena najbolj občutljivih tem v sodobni biologiji. Nekateri znanstveniki opozarjajo, da bi lahko bogati poskušali izkoristiti ta preboj za ustvarjanje otrok in vitro, ki bi imeli nekatere zaželene lastnosti, kot sta izjemna lepota ali inteligenca.
© Vecer.mk, pravice do besedila pripadajo uredništvu
