Μια νέα μέθοδος γονιδιακής επεξεργασίας που μπορεί να επιδιορθώσει ολόκληρα γονίδια στο ανθρώπινο DNA, έχουν αναπτύξει επιστήμονες στις ΗΠΑ.
Αυτό θα μπορούσε στο μέλλον να εξελιχθεί σε μέθοδο θεραπείας γενετικών ασθενειών που προκαλούνται από ένα ευρύ φάσμα μεταλλάξεων.
Μέχρι στιγμής, η μέθοδος έχει δοκιμαστεί μόνο σε ανθρώπινα κύτταρα στο εργαστήριο.
Ωστόσο, εάν αποδειχθεί ασφαλής και αποτελεσματική, θα μπορούσε να αποτελέσει μια εναλλακτική λύση στα εργαλεία γονιδιακής επεξεργασίας που στοχεύουν μόνο συγκεκριμένα «τυπογραφικά» λάθη στο DNA.
Κι αυτό διότι αντί να διορθώνει μια μεμονωμένη γονιδιακή μετάλλαξη, η νέα τεχνική θα εισάγει ένα λειτουργικό αντίγραφο του γονιδίου στα κύτταρα ενός ατόμου.
«Μια γενετική ασθένεια μπορεί να προκληθεί από πολλές διαφορετικές μεταλλάξεις σε αυτό το γονίδιο», δήλωσε ο Isaac Witte, από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ και συνσυγγραφέας της νέας έρευνας.
Για παράδειγμα, η κυστική ίνωση μπορεί να προκληθεί από περισσότερες από 2.000 διαφορετικές μεταλλάξεις σε ένα συγκεκριμένο γονίδιο. Το ίδιο και οι περισσότεροι τύποι καρκίνου, αλλά και νευρολογικές παθήσεις όπως η σκλήρυνση κατά πλάκας.
«Η θεραπεία αυτών των τύπων παθήσεων με γονιδιακή επεξεργασία απαιτεί συχνά πολλές προσεγγίσεις ειδικές για κάθε μετάλλαξη. Αυτό είναι χρονοβόρο και επίσης απαιτητικό από ρυθμιστική άποψη, δηλαδή για να εγκριθούν από τις αρμόδιες αρχές όλες αυτές οι προσεγγίσεις», δήλωσε ο Witte.
Μια εναλλακτική στρατηγική είναι η εισαγωγή ενός εντελώς νέου γονιδίου για να αντικαταστήσει το χαλασμένο.
Ο γονιδιακός επεξεργαστής, που περιγράφεται σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε τον περασμένο μήνα στο επιστημονικό περιοδικό Science, επιτρέπει αυτού του είδους τις επεξεργασίες και μπορεί να εισάγει το νέο γονίδιο απευθείας στο σημείο όπου βρίσκεται το χαλασμένο γονίδιο στο ανθρώπινο DNA.
Ωστόσο, όπως εξηγούν οι επιστήμονες, απαιτείται περισσότερη έρευνα για να βγει ο νέος γονιδιακός επεξεργαστής από το εργαστήριο και να μπει στην ιατρική πρακτική, αλλά «είμαστε πολύ ενθουσιασμένοι με αυτό», δήλωσε ο Witte.
Η εξέλιξη της νέας γονιδιακής θεραπείας στο εργαστήριο
Τα κλασικά συστήματα της μεθόδου CRISPR, αποκαλούνται και «μοριακά ψαλίδια» επειδή χρησιμοποιούν πρωτεΐνες για να κόβουν το DNA.
Αυτά τα συστήματα βρίσκονται φυσικά στα βακτήρια, τα οποία χρησιμοποιούν την CRISPR για να αμυνθούν έναντι εισβολέων, όπως οι ιοί.
Ο πυρήνας του νέου γονιδιακού επεξεργαστή έχει επίσης δανειστεί τη μεθοδολογία από τα βακτήρια, αλλά δεν κόβει το DNA.
Αντίθετα, μετακινεί μεγάλα τμήματα του DNA ενός ξενιστή από τη μία θέση στην άλλη με εξαιρετικά στοχευμένο τρόπο.
Αυτά τα συστήματα —που ονομάζονται CRISPR-associated transposases (CASTs)— είναι γνωστά από το 2017 και λειτουργούν ως ένας τρόπος για τα «γονίδια που μεταπηδούν» είτε εντός του DNA του ίδιου κυττάρου, είτε ενδεχομένως στο γονιδίωμα άλλων κυττάρων.
Τα CAST είναι ελκυστικά για την επεξεργασία γονιδίων επειδή, σε αντίθεση με τα μοριακά ψαλίδια, δεν κόβουν το DNA και επομένως δεν βασίζονται στον κυτταρικό μηχανισμό για να επιδιορθώσουν το DNA που έχει υποστεί το κόψιμο.
Αυτή η διαδικασία επιδιόρθωσης καθιστά δύσκολη την προσθήκη νέου DNA στο γονιδίωμα, εν μέρει επειδή μπορεί να προκαλέσει ανεπιθύμητες μεταλλάξεις. Τα CAST, από την άλλη πλευρά, παρακάμπτουν αυτό το πρόβλημα.
Ωστόσο, τα CAST που βρίσκονται φυσικά στα βακτήρια δεν λειτουργούν καλά με τα ανθρώπινα κύτταρα.
Σε προηγούμενες μελέτες υπό την ευθύνη του Samuel Sternberg, αναπληρωτή καθηγητή βιοχημείας και μοριακής βιοφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Κολούμπια και συνσυντάκτη της νέας μελέτης, οι ερευνητές χαρακτήρισαν τα φυσικά CAST και στη συνέχεια προσπάθησαν να τα χρησιμοποιήσουν για την επεξεργασία DNA σε ανθρώπινα κύτταρα.
Ωστόσο, τα συστήματα αποδείχθηκαν πολύ αναποτελεσματικά, εισάγοντας DNA μόνο στο 0,1% ή λιγότερο των κυττάρων, σύμφωνα με τον Witte.
Έτσι, ο Witte, ο Sternberg και οι συνεργάτες τους αποφάσισαν να κάνουν τα CAST πιο χρήσιμα για θεραπείες στον άνθρωπο.
Ξεκίνησαν με ένα CAST από βακτήρια Pseudoalteromonas, το οποίο, σε προηγούμενες μελέτες, είχε δείξει μια ελάχιστη δραστηριότητα στα ανθρώπινα κύτταρα.
Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν μια πειραματική προσέγγιση που ονομάζεται PACE για να επιταχύνουν την εξέλιξη αυτού του CAST, εισάγοντας νέες τροποποιήσεις στο σύστημα σε κάθε διαδοχικό γύρο.
Μέσω αυτής της διαδικασίας, η ομάδα ανέπτυξε ένα νέο CAST που μπορούσε να ενσωματώσει DNA σε ανθρώπινα κύτταρα με 200 φορές μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα από το αρχικό, κατά μέσο όρο.
«Χρειάστηκαν πάνω από 200 ώρες στο PACE, που αντιστοιχεί σε αρκετές εκατοντάδες εξελικτικές γενιές», είπε ο Witte. Η ίδια διαδικασία θα είχε διαρκέσει χρόνια με πιο συμβατικές μεθόδους κατεύθυνσης της εξέλιξης σε εργαστηριακό περιβάλλον.
Τα επόμενα βήματα στη γονιδιακή θεραπεία
Το εξελιγμένο CAST —που ονομάστηκε evoCAST— περιλαμβάνει 10 βασικές μεταλλάξεις που είναι απαραίτητες για να λειτουργεί καλά στα ανθρώπινα κύτταρα, είπε ο Witte.
Ωστόσο, το σύστημα λειτουργεί καλύτερα σε ορισμένους τύπους ανθρώπινων κυττάρων και όχι σε άλλους και θα χρειαστεί περισσότερη έρευνα για να κατανοηθεί ο λόγος, είπε.
Η ομάδα αξιολόγησε την αποτελεσματικότητα του evoCAST σε περιοχές του γονιδιώματος που φέρουν γονίδια που έχουν υποστεί μετάλλαξη σε ορισμένες ασθένειες, όπως η αναιμία Fanconi, το σύνδρομο Rett και η φαινυλκετονουρία.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι το evoCAST λειτούργησε σε περίπου 12% έως 15% των κυττάρων που υποβλήθηκαν σε θεραπεία.
Αν και η 100% αποτελεσματικότητα πιθανώς δεν είναι απαραίτητη για τη θεραπεία γενετικών ασθενειών, σημείωσε ο Witte, η ακριβής αποτελεσματικότητα που απαιτείται για τη θεραπεία μιας δεδομένης πάθησης πιθανώς ποικίλλει και θα απαιτήσει μελέτη.
Η ομάδα δοκίμασε επίσης το evoCAST ως μέθοδο επεξεργασίας των ανοσοκυττάρων που χρησιμοποιούνται στη θεραπεία CAR T-cell, μια θεραπεία κατά του καρκίνου, και διαπίστωσε ότι ήταν εξίσου αποτελεσματικό για τον σκοπό αυτό.
Πηγή: news247.gr