Większość komórek w ludzkim ciele ma dwie biblioteki genetyczne; jeden w jądrze, a drugi w strukturach zwanych mitochondriami.
Wspólne wysiłki kilku grup badawczych doprowadziły do procesu, który pewnego dnia pozwoli naukowcom zmienić instrukcje składające się na „inny” genom komórki i potencjalnie leczyć szereg chorób.
Podstawą molekularną tego rewolucyjnego narzędzia do edycji genów jest toksyna DddA wydzielana przez bakterię Burkholderia cenocepacia, która zabija inne drobnoustroje, gdy konkurencja o zasoby staje się poważna.
Naukowcy z University of Washington interesowali się tą toksyną od jakiegoś czasu, odkrywając, że przekształca ona zasadę kwasu nukleinowego zwaną cytozyną w inną, powszechnie występującą w RNA, zwaną uracylem.
To nie pierwszy raz, kiedy naukowcy zwrócili się ku broni bakteryjnej, aby uzyskać wskazówki, jak dostroić DNA w ten sposób. W rzeczywistości cała rodzina tak zwanych enzymów deaminaz została już wykorzystana w inżynierii genetycznej.
Zespół badawczy z MIT połączył deaminazę z wymianą kodu z technologią CRISPR, która obejmuje użycie szablonu RNA do identyfikacji sekwencji, a następnie użycie enzymów do wprowadzenia zmian.
Nie stanowi to zbyt dużego problemu, jeśli chcesz wprowadzić zmiany w celu zduplikowania nici DNA wewnątrz czegoś tak przyjemnego jak jądro komórki. Jednak zmiana szablonów RNA w obrębie wybiórczej błony mitochondrialnej nie jest łatwa.
Wynika to z faktu, że ponad miliard lat temu mitochondria same były organizmami iz czasem ewoluowały, dzieląc odpowiedzialność za rozkładanie glukozy z komórkami.
Film promocyjny:
Na szczęście toksyna DddA miała wyjątkową zdolność do zmiany obu nici DNA, torując drogę CRISPR - i jego nieporęcznemu szablonowi RNA - na korzyść alternatywnych metod kierowania na sekwencję, którą chcesz zmienić.
Tę klasę enzymów można dostosować do wyszukiwania określonych kodów kwasów nukleinowych i ich separacji. Właśnie to jest potrzebne do wprowadzenia toksyny, która zastąpi cytozynę.
Wraz z DddA, specjalnie zaprojektowany enzym może znaleźć sekwencję docelową w mitochondriach i przekształcić każdą znalezioną cytozynę w uracyl, który następnie przekształca się w podobny, specyficzny dla DNA szkielet zwany tyminą.
Tak jak mutacje w jądrowym DNA mogą powodować wiele różnych schorzeń, tak mutacje w genach mitochondrialnych mogą być problematyczne, wpływając na wszystko, od rozwoju mózgu po wzrost mięśni, poziom energii, metabolizm i odporność.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature.