Świński rekord

5791545026_5efbf6ba2a_b

Chociaż Komitet Noblowski nie zdecydował się jeszcze w tym roku nagrodzić badaczy odpowiedzialnych za największe techniczne osiągnięcie w biologii molekularnej od czasu wprowadzenia do obiegu PCR (stali czytelnicy wiedzieć będą, że CRISPR/Cas9 było moim żelaznym typem do wygrania. Wciąż zresztą jest – pytanie nie jest czy, a raczej – kiedy?), to jednak techniki redagowania genomu nie dają o sobie zapomnieć. Średnio raz na tydzień pojawia się w pismach z najwyższej półki publikacja z ich wykorzystaniem – i z reguły jest to wykorzystanie z przytupem.

Taka praca pojawiła się w piśmie Science tydzień temu. I chociaż długi wpis to to nie będzie, to osiągnięcie jest na tyle monumentalne, że pomyślałem, że warto się nim jednak podzielić.

Grupa George’a Churcha z Uniwersytetu Harvarda opisała wyniki badań nad redagowaniem komórek świń. Co jest w tym specjalnego? Świnie, chociaż genetycznie nie są naszymi najbliższymi krewniakami, mają niesamowicie podobną do nas fizjologię. Wiele z ich organów jest podobnego rozmiaru do ludzkich i pracuje na podobnych obrotach. Chociaż o szympansach można w zasadzie powiedzieć to samo, problemem praktycznym jest to, że są one gatunkiem zagrożonym.

Do tej pory jednak transplantacja organów pochodzących od zwierząt pozostaje w sferze terapii mocno eksperymentalnych. Dlaczego? Jedną z przyczyn jest obecność w genomie świń świńskich retrowirusów endogennych (z ang. porcine endogenous retroviruses, PERV). Retrowirusy endogenne to molekularne pasożyty, które miliony lat temu wniknęły do ludzkich komórek – jak i do komórek wielu innych kręgowców – i wbudowały się do naszego DNA. Obecnie prawie 10% naszego genomu to wielokrotnie powielone ludzkie retrowirusy endogenne. Inne gatunki zwierząt mają swoje własne wirusowe pasożyty. Retrowirusy endogenne siedzą w naszym DNA i, o ile wiemy, nic nie robią. Niemniej jednak nie wiadomo, w jaki sposób nasz organizm zareagowałby na wirusa świńskiego – i co taki wirus, gdy już obecny jest w naszym organizmie po przeszczepie, mógłby zrobić.

Wiele badań nad ksenotransplantacją – przeszczepami organów od innych gatunków – prowadzonych jest właśnie pod kątem tego, w jaki sposób zabiezpieczyć się można przed transmisją retrowirusów z organu dawcy do ludzkiego pacjenta. Strategii jest wiele. Można na przykład zabadać genom zwierzęta-dawcy i pobierać organy tylko od zwierząt, które mają niski poziom retrowirusów. Inną metodą jest szczepionka chroniąca przed świńskimi retrowirusami. Kolejna strategia korzysta z molekularnej techniki wyciszania DNA. W tym roku pojawiły się też publikacje opisujące wykorzystanie dwóch starszych technik redagowania genomu, za pomocą których próbowano zdeaktywować świńskie retrowirusy: za pomocą nukleaz palców cynkowych oraz nukleaz TALE.

Większość tych strategii jest reaktywna, opiera się na obronie przed wirusem raczej niż na bezpośrednim na niego ataku. Wyjątkiem są tutaj dwie prace opisujące zastosowanie ZFNów i TALENów do deaktywacji tych wirusów, jednak te metody zastosowano z dość ograniczonym sukcesem. Problemem tutaj jest to, że aby taka strategia miała powodzenie, metoda musi za jednym zamachem unieszkodliwić kilkadziesiąt bardzo podobnych do siebie genów. Chociaż nukleazy rzeczywiście unieszkodliwiały prowirusy w komórkach świń, to jednocześnie wykazywały też wysoką cytotoksyczność.

George Church wraz z kolegami postanowili do tego samego celu wykorzystać system CRISPR/Cas9. Zidentyfikowali wersją PERVa, która w badanym genomie występuje w 62 kopiach. Następnie spróbowali usunąć jak największą liczbę tych kopii. We wstępnych eksperymentach, gdy RNA służące do namierzenia genów retrowirusa zostało wprowadzone do komórek tymczasowo, skuteczność była niewielka. Dlatego badacze postanowili wbudować elementy systemu do genomu świńskich komórek tak, aby były one naturalnie produkowane przez te komórki.

Trudno nie dostrzec ironii tego podejścia: wbudowanie do komórek nowych elementów po to, aby usunęły one elementy, które wbudowały się same miliony lat temu. Niemniej jednak ta właśnie strategia okazała się skuteczna. W około 10% komórek skuteczność unieszkodliwienia genów PERV wynosiła między 97% i 100%.

Na koniec autorzy sprawdzili, jaki wpływ miało unieszkodliwienie PERVów na ich potencjalną transmisję do ludzkich komórek. W tym celu hodowali mieszaninę komórek świńskich z komórkami ludzki. W eksperymencie kontrolnym, w którym komórki świńskie nie były zmodyfikowane, PERVy ulegały transmisji do komórek ludzkich na poziomie 1000 wirusów na każde tysiąc komórek. Transmisja z komórek zmodyfikowanych była na poziomie tysiąckrotnie niższym, w zasadzie nieodróżnialnym od tła.

Implikacje dla ksenotranplantów są tutaj monumentalne, chociaż warto podkreślić, że badanie prowadzone było na świńskiej linii komórkowej. Co oznacza, że chociaż badacze pokazali, że CRISPR/Cas może być stosowane do unieszkodliwienia świńskich retrowirusów, to daleka jeszcze droga do unieszkodliwienia ich w żywym organizmie – a w końcu to właśnie żywe zwierzę będzie potencjalnym dawcą organu. Warto może jednak zaznaczyć, że jeśli jest coś, czego potrafią dokonać techniki redagowania genomu, to jest to właśnie redagowanie także w organizmach żywych, a nie tylko w systemach in vitro.

Na poziomie bardziej technicznym praca jest osiągnięciem innego kalibru. Chociaż w wielu pracach udało się już pokazać, że metody redagowania genomu mogą być wykorzystane do modyfikacji wielu genów na raz, do tej pory liczba takich genów była zazwyczaj jednocyfrowa. Tutaj zaś autorzy zmodyfikowali 62 geny na raz! Osobiście podejrzewam, że modyfikacji na taką skalę prędko znowu nie zobaczymy (chyba że George Church ma coś jeszcze w zanadrzu).

2 Comments

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s