Druga para nożyczek

Głośnym echem w ostatnich latach odbiło się odkrycie metody precyzyjnej edycji genomu, zwanej CRISPR-Cas9, która wzorowana jest na mechanizmie obronnym spotykanym u bakterii. Można ją porównać do precyzyjnych nożyczek genetycznych. Wycinają one wskazane fragmenty DNA (np. warunkujące jakąś chorobę genetyczną) i pozwalają na wprowadzanie innych. Od momentu odkrycia tej rewolucyjnej metody powstało wiele pomysłów na jej terapeutyczne wykorzystanie (a także wiele start-upów medycznych, usiłujących skomercjalizować to odkrycie). Trwają także próby jej zastosowania m.in. w transgenicznym rolnictwie. Jednak stosowanie tej metody w praktyce ciągle wiąże się z rozmaitymi komplikacjami, takimi jak reakcje immunologiczne organizmu czy edycja niewłaściwych odcinków DNA.

Przepis na białko

Co ciekawe, jeszcze zanim nastąpił boom na modyfikacje genomu przy użyciu CRISPR-Cas9, odkryto także inny sposób edycji genów – wykorzystujący zjawiska zachodzące w nici RNA. Obie cząsteczki posiadają podobną strukturę i zawierają tę samą informację genetyczną. Informacja przepisywana jest z DNA na cząsteczki RNA (a konkretniej, na ich szczególną odmianę o nazwie mRNA), a te z kolei dają się odczytać komórkowej maszynerii produkującej białka. W ten sposób język genów jest tłumaczony na język białek. Zależność tę dobrze ilustruje znane porównanie do świata kulinariów. Jądro komórkowe to gigantyczna biblioteka zawierająca tysiące przepisów zapisanych w formie DNA. Potrzebne akurat komórce przepisy kopiowane są na cząsteczki RNA, będące więc odpowiednikiem roboczego odpisu, wygodniejszego do stosowania niż opasłe tomisko. Na podstawie tych przepisów w komórkowych „kuchniach” – rybosomach – powstają wreszcie najrozmaitsze białka.

W latach 80. ubiegłego wieku odkryto, że w niektórych komórkach informacja genetyczna zawarta w mRNA nie odpowiada do końca tej zawartej w DNA. Z czasem zauważono, że jest tak dlatego, ponieważ w komórkach występują naturalne „edytory” (początkowo ich intensywne działanie zauważono w trakcie rozwoju układu nerwowego głowonogów). Edytorami tymi jest pewna rodzina białek, w skrócie zwanych ADAR, które przyłączając się do cząsteczki mRNA zmieniają sekwencję informacji genetycznej – zupełnie jak gdyby kucharz wprowadzał na swojej kopii roboczej różne drobne modyfikacje, niewystępujące w źródłowych książkach kucharskich przechowywanych w bibliotece. To właśnie ten naturalny mechanizm edycji otworzył drogę do potencjalnych zastosowań terapeutycznych – po tym, jak naukowcy nauczyli się go kontrolować.

Zmiany doraźne

Przewaga tej metody nad CRISPR-Cas9 wynika ze szczególnych właściwości RNA. Po pierwsze, ma ono mniej skomplikowaną strukturę (składa się z jednej nici cząsteczek, podczas gdy DNA w jądrze tworzą dwie splecione nici). Po drugie, mRNA pojawia się w komórce „doraźnie”, a więc modyfikacje, które w nim zajdą, nie zostaną wprowadzone na stałe. Czasami może to być wadą, ale w przypadku niektórych chorób – zaletą. Metoda ta zapewnia bowiem lepszą kontrolę nad całym procesem edycji genów i jego bezpieczeństwo.

W 2018 r. zatwierdzona została pierwsza terapia ingerująca w RNA. Cała procedura rozpoczyna się od wprowadzenia do komórki małej porcji RNA o strukturze odpowiadającej fragmentowi mRNA, którego chcemy się pozbyć. Po związaniu się obu fragmentów cząsteczka jest rozkładana. Tego rodzaju terapie mogą służyć zarówno do leczenia chorób o podłożu genetycznym, jak i innych. Obecnie metoda ta jest np. testowana w leczeniu bólu – poprzez chwilowe, selektywne zaburzanie przekaźnictwa impulsu nerwowego (trwała edycja genów za pomocą metody CRISPR-Cas9 w tym przypadku prowadziłaby do rozmaitych zaburzeń).

Obecnie dysponujemy więc dwiema różnymi, precyzyjnymi metodami edycji genów: jedną trwale ingerującą w DNA i jedną „doraźnie” ingerującą w RNA. W medycynie, jak i przy majsterkowaniu, nowe narzędzie rzadko jednak całkowicie wypiera stare i obie metody inżynierii genetycznej mogą w różnych przypadkach znaleźć zastosowanie.

(za: Nature.com)