CRISPR-Cas9, známy aj ako biologické nožnice, je populárny nástroj na úpravu genómu. Predpokladá sa, že by mohol ľudstvu pomôcť zbaviť sa rozličných chorôb. Zatiaľ je to však nedokonalý systém, pri ktorom vzniká mnoho chýb. Vedeckému tímu Davida Liua z Harvardu sa ho však podarilo zásadne vylepšiť. Štúdiu publikoval prestížny časopis Nature Biotechnology.
Ilustračný obrázok: Pixabay.com
O tom, čo tento objav znamená, pri akom ochorení môže byť užitočný či ako dlho bude trvať, než sa metóda začne naozaj používať, sme sa rozprávali s doktorkou Miroslavou Matúškovou z Ústavu experimentálnej onkológie Biomedicínskeho centra Slovenskej akadémie vied (SAV).
Nožnice, ktoré dokážu strihať genetickú informáciu
CRISPR-Cas9 si predstavte ako nožnice poskladané z enzýmu – bielkoviny, ktorá štiepi DNA a ribonukleovej kyseliny (RNA), ktorá enzým navedie na cieľovú sekvenciu. Prestrihnutím je možné gén „vypnúť“.
Už v roku 2016 tím doktora Liu publikoval v časopise Nature článok, v ktorom predstavil modifikovaný CRISPR-Cas9 systém. Pri jeho použití nedochádza k štiepeniu (strihaniu dvojzávitnice DNA), ale k editovaniu (oprave) genómu pomocou zmeny dusíkatých báz. Systém dokáže presne identifikovať úsek DNA, kde vzniká geneticky podmienená choroba a následne ho vie opraviť.
Vedci metódu prirovnávajú k editácii textu v počítači. Pri nej nejaký úsek textu vyhodíte, iný presuniete, inde zase opravíte preklep. Rovnako je možné editovať aj gény v DNA. Avšak má to jeden háčik. Môže sa stať, že hoci editáciou DNA opravíte gén, ktorý je nositeľom určitej choroby, ale zároveň ňou aktivujete alebo inaktivujete iný, čo môže spustiť ďalšiu chorobu.
Doktor David Liu so svojím tímom z Harvardu už pred štyrmi rokmi vyvinul syntetický enzým, ktorý dokáže jedno zo štyroch písmen (teda konkrétnu bázu) v DNA prepísať, napríklad C na T. Teraz sa mu podarilo bezpečnosť metódy ešte viac zvýšiť. Zdroj: Wikimedia.com
Pravidlo komplementarity
Štruktúra DNA sa dá zjednodušene prirovnať k rebríku poskladanému z nukleotidov. Základom nukleotidu je jedna zo štyroch dusíkatých báz označovaných ako A (adenín), T (tymín), C (cytozín) a G (guanín). Tie sa spájajú do párov podľa pravidla komplementarity: C s G a T s A, a tak tvoria jednotlivé stupienky rebríka.
David Liu so svojím tímom už pred štyrmi rokmi vyvinul syntetický enzým, ktorý dokáže jedno zo štyroch písmen (teda konkrétnu bázu) prepísať, napríklad C na T. Metóda však stále prinášala riziko neželaných mutácií, navyše zakaždým na iných miestach v DNA. Keď experiment spustil 10-krát, dostal 10 rôznych odpovedí.
Podľa novej štúdie uverejnenej v časopise Nature Biotechnology sa však tento problém vedcom z Harvardu podarilo eliminovať. Vyvinuli niekoľko spôsobov, ako bez sekvenovania (čítania) celého genómu nájsť neželané mutácie, ktoré počas editácie v DNA vznikali, a to rovnako v baktériách, ako aj v ľudských bunkách. Výsledkom je zbierka enzýmov, ktoré dokážu konvertovať C na T bez toho, aby spôsobili toľko mimocieľových mutácií. Nemožno hovoriť o stopercentnej presnosti, ale bezpečnosť sa zvýšila mnohonásobne.
Krvinka postihnutá kosáčikovitou anémiou (vľavo) vedľa zdravých krviniek. Zdroj: Wikimedia.com
Nádej pre milióny chorých
„Keďže CRISPR-Cas9 sa často prirovnáva k editovaniu textu, predstavte si, že máte textový editor, ktorý nedokáže odstrániť mäkčeň, a preto musí odstrániť celé slovo, ktoré ho obsahuje. David Liu teraz editovanie DNA vylepšil natoľko, že už dokáže, obrazne povedané, odstrániť mäkčeň bez toho, aby vystrihol celé slovo. Existujú choroby, ktoré spôsobuje jediná zámena bázy v DNA.“
Ako príklad môžeme uviesť kosáčikovitú anémiu, dedičnú chorobu, ktorá postihuje zhruba 5 miliónov ľudí žijúcich hlavne v tropickej a subtropickej oblasti. Chorobu spôsobuje zámena adenínu (A) za tymín (T). „Tu je oprava genetického kódu zložitejšia, ale existuje systém na báze CRISPR, ktorým je možná. Tento systém sa na kosáčikovitú anémiu už testoval, nesúvisí to ale s prácou Davida Liu. Pre ľudí, ktorí ňou trpia, však môže zdokonalenie metódy znamenať nádej,“ vysvetľuje doktorka Matúšková, ktorá vo svojom výskume metódu CRISPR-Cas9 používa.
Doktor David Liu hovorí, že jeho metóda editovania génov pomocou modifikácií CRISPR-Cas9 je lacná, a tak môže byť dostupná pre všetkých. Zdroj: Wikipedia.com
Namiesto lieku opravený gén
David Liu v článku v Nature Biotechnology navyše hovorí, že jeho metóda je lacná, a tak môže byť pre všetkých. Pre ľudí v rozvojových krajinách je liečba kosáčikovej anémie veľmi často cenovo nedostupná, preto sa dožívajú len stredného veku, muži maximálne 42 rokov a ženy maximálne 48 rokov.
Miroslava Matúšková však upozorňuje, že ešte ubehne veľa času, kým sa bezpečnosť CRISPR-CA9 a jej modifikácií overí. Až potom môže vojsť do klinickej praxe.
Správny kľúč na liečbu kosáčikovitej anémie hľadajú viaceré vedecké tímy, detaily približuje iný článok v Nature. Ak sa im ho podarí nájsť, liečba kosáčikovitej anémie by podľa doktorky Matúškovej mohla vyzerať takto: „Pacientovi by sa odobrali krvotvorné kmeňové bunky. V nich by sa gény pomocou tejto metódy opravili v laboratóriu a vložili späť do pacientovej kostnej drene, kde sa tvoria červené krvinky. V prípade kosáčikovitej anémie totiž červené krvinky nemajú diskovitý tvar, ale tvar kosáčika, a preto majú tendenciu sa zhlukovať, vytvárať krvné zrazeniny a upchávať cievy. Opravené gény by v kostnej dreni začali produkovať zdravé červené krvinky.“
CRISPR-CAS 9 je do budúcnosti veľkou nádejou pre liečbu genetických ochorení. „Je ich veľa, ide o poruchy krvotvorby, slepotu a pod. Systémy na báze CRISPR už boli otestované na liečbu mnohých ochorení, ale práve pri liečbe genetických ochorení vidím veľký potenciál,“ uzatvára doktorka Miroslava Matúšková z Ústavu experimentálnej onkológie Biomedicínskeho centra Slovenskej akadémie vied (SAV).
