CRISPER: Νέα γενετικά εργαλεία εισάγουν ολόκληρα γονίδια στα ανθρώπινα κύτταρα

Νέες παραλλαγές του διάσημου εργαλείου γενετικής μηχανικής CRISPR μπορούν να εισάγουν ολόκληρα γονίδια στο ανθρώπινο DNA, μια εξέλιξη που ανοίγει νέες προοπτικές για τις γονιδιακές θεραπείες και τη χρήση γενετικά τροποποιημένων κυττάρων κατά του καρκίνου.

Μέχρι σήμερα, το κύριο εργαλείο για τη μεταφορά μεγάλων αλληλουχιών είναι οι γενετικά τροποποιημένοι ιοί, οι οποίοι έχουν εξελιχθεί να ενσωματώνουν το γενετικό υλικό τους στα κύτταρα που προσβάλλουν. Το πρόβλημα είναι ότι το ξένο DNA εισάγεται σε τυχαίες θέσει και δημιουργεί έτσι κίνδυνο επιβλαβών μεταλλάξεων.

Το CRISPR (προφέρεται «κρίσπερ»), του οποίου η ανακάλυψη τιμήθηκε με Νόμπελ Χημείας το 2020, προσφέρει περισσότερο έλεγχο. Το σύστημα λειτουργεί ως μοριακό ψαλίδι που κόβει το μόριο DNA στη συγκεκριμένη θέση όπου απαιτούνται αλλαγές.

Στην επόμενη φάση της διαδικασίας, οι κυτταρκοί μηχανισμοί επιδιόρθωσης του DNA αναλαμβάνουν να απενεργοποιήσουν, να επιδιορθώσουν ή να αλλάξουν την αλληλουχία σε αυτό το σημείο. Και πάλι, όμως, υπάρχει ο κίνδυνος μεταλλάξεων ή ανεπαρκούς επιδιόρθωσης.

Τα νέα εργαλεία δυνητικά λύνουν το πρόβλημα παρακάμπτοντας το ενδιάμεσο στάδιο στο οποίο η έλικα του DNA μένει κομμένη.

To CRISPR λειτουργεί ως μοριακό ψαλίδι που κόβει το μόριο του DNA σε συγκεκριμένες θέσεις (ΝΙΗ)

Μεταθετά στοιχεία

Όπως αναφέρει το περιοδικό Nature, η νέα προσέγγιση αξιοποιεί βακτηριακά ένζυμα που προέρχονται από τα λεγόμενα μεταθετά στοιχεία, «εγωιστικά» γονίδια που πολλαπλασιάζονται αντιγράφοντας τον εαυτό τους σε νέες θέσεις του γονιδιώματος. Τα ένζυμα αυτά ονομάζονται CAST (CRISPR-associated transposase, τρανσποζάση που σχετίζεται με το  CRISPR).

Σε μελέτη που δημοσιεύεται στο περιοδικό Science, ερευνητές του Χάρβαρντ και του MIT αναφέρουν ότι βελτίωσαν σημαντικά την ικανότητα του βακτηριακού συστήματος CAST να μεταφέρει μεγάλες αλληλουχίες σε νέες θέσεις.

Σε ένα πείραμα «κατευθυνόμενης εξέλιξης», χιλιάδες παραλλαγές των ενζύμων αφέθηκαν να μολύνουν βακτήρια, οπότε οι πιο αποτελεσματικές επικράτησαν και επιλέχθηκαν για την επόμενη φάση. Τα τελικά ένζυμα μεταφέρουν ολόκληρα γονίδια στο 30% των περιπτώσεων, ποσοστό που υπερβαίνει κατά 400 φορές την απόδοση του αρχικού φυσικού συστήματος.

Ένα παρόμοιο εργαλείο, το οποίο βασίστηκε σε ένζυμα μεταθετών στοιχείων από πτηνά αντί από βακτήρια, περιγράφηκε στο Nature από διαφορετική ερευνητική ομάδα στο Χάρβαρντ, ενώ λίγες εβδομάδες νωρίτερα η αμερικανική εταιρεία βιοτεχνολογίας Metagenomi είχε παρουσιάσει μια παραλλαγή του CAST που βασίζεται σε απλούστερα βακτηριακά ένζυμα.

Ανάλογα εργαλεία αναπτύσσονται και σε αρκετά ακόμα εργαστήρια σε όλο τον κόσμο, όλα όμως έχουν κάποιους περιορισμούς, όπως σπάνια περιστατικά εισαγωγής της αλληλουχίας σε λάθος θέση. Επιπλέον, η πολυπλοκότητα του ενζυματικού μηχανισμού θέτει προκλήσεις στην ανάπτυξη κατάλληλων φορέων που θα τον μεταφέρουν στα ανθρώπινα κύτταρα.

Παρόλα αυτά, οι ερευνητές αισιοδοξούν ότι το CAST ανοίγει το δρόμο για ευέλικτες γονιδιακές θεραπείες που χορηγούνται άπαξ και δεν εισάγουν νέες βλάβες στο DNA.