Widzenie przyszłości

Technika CRISPR-Cas9, która w ciągu ostatniej dekady doprowadziła do rewolucji w genetyce (a jej twórczyniom przyniosła w 2020 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii), coraz częściej stosowana jest w eksperymentalnych terapiach. Przypomnijmy: chodzi o technikę edycji genów zwaną „molekularnymi nożyczkami”, którą zapożyczyliśmy od pewnych bakterii. Przechowują one w swoim genomie, w obrębie sekwencji zwanych CRISPR, swoistą bazę „portretów genetycznych” wirusów, które je atakują. Gdy dojdzie do infekcji, specjalne cząsteczki gRNA porównają materiał genetyczny intruza z informacjami zapisanymi w „biblioteczce” CRISPR. Jeśli sekwencje będą się zgadzać, do gry wkroczą enzymy Cas, które potną intruza na kawałki.

CRISPR-Cas9 opiera się na podobnej maszynerii molekularnej: dzięki syntetyzowanym w laboratoriach cząsteczkom gRNA można zlokalizować konkretny fragment łańcucha DNA w komórce – i odpowiednio nim manipulować.

Technika ta intensywnie wykorzystywana jest w opracowywaniu nowych terapii m.in. w okulistyce – już od kilku lat. W 2016 r. zespół badaczy z Cedars-Sinai Medical Center w Los Angeles skupił się na pewnej formie zwyrodnienia barwnikowego siatkówki, w którym dochodzi do zaniku komórek światłoczułych. Zmiany te wpływają na zwężenie pola widzenia, które postępuje wraz z wiekiem. U osób po 50.-60. roku życia może dojść do całkowitej utraty wzroku.

Choroba ma podłoże genetyczne i dziedziczona jest w sposób dominujący – do jej rozwoju wystarczy jedna kopia wadliwego genu, pochodząca od jednego z rodziców. Chodzi o gen zawierający przepis na rodopsynę – cząsteczkę odpowiedzialną w siatkówce za pochłanianie światła. Niekorzystna mutacja powoduje powstanie krótszej cząsteczki, niezdolnej do spełniania swojej funkcji. Mutacja odpowiada także za uruchamianie szlaków prowadzących do śmierci komórek siatkówki – co jest przyczyną postępującej ślepoty.

Badacze z Los Angeles pracowali na mysim modelu choroby, a ich zabiegi obliczone były na „wyciszenie” problematycznego genu. Zwierzętom wstrzyknięto pod siatkówkę cząsteczki zawierające całą maszynerię „molekularnych nożyczek”. Następnie użyto pola elektrycznego, by skierować je do komórek budujących siatkówkę. Tam do gry wkroczyły białka i enzymy CRISPR-Cas9: rozpoznały wadliwą sekwencję DNA i ją rozcięły. W efekcie druga, w pełni funkcjonalna kopia genu przestała być zagłuszana. Terapia poprawiała myszom wzrok i zapobiegała zwyrodnieniu siatkówki.

Unowocześniona technika CRISPR-Cas9 (oparta na tzw. edytorach zasad) pozwala na zmianę nawet pojedynczej cegiełki DNA, bez konieczności rozcinania całego łańcucha – co otwiera jeszcze większe możliwości manipulacji genami. Molekularne składniki potrzebne do tej operacji można dostarczyć do komórek np. wewnątrz specjalnie przygotowanych do tego celu wirusów. Takie podejście zastosowali w leczeniu ślepoty Lebera (prowadzącej do utraty wzroku już około 20. roku życia) naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine. Terapia, której także poddano myszy, dała obiecujące wyniki – a próby z udziałem ludzi już się rozpoczęły.

Podobny eksperyment (choć z wykorzystaniem innych wirusów) przeprowadzili naukowcy z University of Massachusetts Medical School, którzy wzięli na cel chorobę Battena. To rzadkie zaburzenie metaboliczne o podłożu genetycznym prowadzi do powstawania złogów pewnych związków uszkadzających wiele typów komórek – w tym neurony. U chorych w młodym wieku dochodzi do uszkodzenia siatkówki i zaniku nerwu wzrokowego, co prowadzi do ślepoty. Jeszcze w dzieciństwie mogą pojawiać się inne objawy, m.in. otępienie i napady padaczkowe. Modyfikacja genetyczna doprowadziła u myszy do poprawy wzroku.

Na horyzoncie pojawiają się już dzisiaj także terapie innego typu, łączące genetykę z nanotechnologią. Polegają na wprowadzaniu do siatkówki nanoanten, zdolnych do rejestrowania szerszego zakresu fal świetlnych niż nasze własne komórki siatkówki. W ten sposób uzyskano już myszy zdolne do widzenia podczerwieni – a więc świetnie radzące sobie w nocy. ©