Firma EGenesis, specjalizująca się w produkcji genetycznie zmodyfikowanych świń do przeszczepów narządów ludzkich, ogłosiła narodziny wielokrotnie edytowanych zwierząt. Stracili trzy geny, nabyli dziewięć, a także 25 wirusów namnażających się w genomie. Jednocześnie świnie są całkowicie zdrowe i płodne, a ich komórki nie powodują agresji w składnikach układu odpornościowego człowieka. W najbliższych latach planowane są badania kliniczne przeszczepów na ludziach. Wstępny wydruk pracy jest umieszczony na portalu bioRxiv.
Przeszczepianie narządów ludzkich napotyka na trzy przeszkody. Pierwsza to zgodność fizjologiczna: narząd musi mieć odpowiedni rozmiar, strukturę i funkcję. W tym sensie wygodnym przedmiotem jest świnia, której wiele narządów - na przykład serce czy nerki - nie różni się znacząco od ludzkich.
Drugą przeszkodą jest odrzucenie immunologiczne. Ciało ludzkie reaguje ostrożnie na wszelkie nieznane mu cząsteczki, ale niektóre - na przykład cukry na powierzchni obcych komórek - powodują szczególnie silną agresję.
Wreszcie trzecia to wirusy, które każdy organizm przenosi w swoim genomie. Nie mówimy o aktywnych wirusach wywołujących epidemie, ale o wirusach endogennych, czyli takich, które nie zabijają komórki, a rozmnażają się tylko w jej jądrze. Ale jeśli komórka nadal w jakiś sposób utrzymuje pod kontrolą własne wirusy, to jeśli obce komórki zakażą ją nowymi wirusami, może nie być w stanie poradzić sobie z konsekwencjami ich rozmnażania.
Aby organ świni stał się kompatybilny z człowiekiem, biorąc pod uwagę wszystkie te wymagania, konieczne jest jednoczesne wprowadzenie zmian w wielu genach. Początkowo próbowali to osiągnąć poprzez nokaut genów, a serce świni z kilkoma nokautami przetrwało w ciele pawiana przez całe trzy lata.
Ale w 2015 roku amerykański genetyk George Church i chiński biolog Luhan Yang założyli firmę eGenesis, której celem było stworzenie świń zmodyfikowanych przez wiele genów jednocześnie. Po pewnym czasie naukowcy kierowani przez Churcha poinformowali, że byli w stanie całkowicie oczyścić komórki świń z endogennych retrowirusów. Teraz Church i Jan zrobili kolejny krok: stworzyć zwierzęta „wolne od wirusów” i kompatybilne immunologicznie.
Aby to zrobić, naukowcy z eGenesis musieli opracować wieloetapowy protokół. Na początek pobrali hodowlę fibroblastów z ucha zwykłej świni. Za pomocą elektroporacji wprowadzono do nich cząsteczki układu CRISPR / Cas9, aby wyciąć z DNA trzy geny, które powodują najsilniejsze odrzucenie w organizmie człowieka. W tym samym czasie do komórek wprowadzono plazmid z dziewięcioma nowymi, już ludzkimi genami, które odpowiadają za hamowanie odpowiedzi immunologicznej i procesów krzepnięcia krwi. Zatem powstałe komórki powinny nie tylko nie powodować agresji immunologicznej, ale także ją tłumić.
Po potwierdzeniu, że edycja zakończyła się sukcesem, naukowcy usunęli jądra fibroblastów i umieścili je w jajach wolnych od jądra atomowego - od dawna stosowanej metody klonowania. Zarodki rozwinęły się z jaj, które zostały zasiane matkom zastępczym, które urodziły prosięta pierwszego pokolenia. Te świnie nadal były nosicielami wirusów, ale powinny już okazać się immunologicznie kompatybilne z ludźmi.
Film promocyjny:
Naukowcy ponownie wyizolowali hodowlę fibroblastów ze swojego ciała i przeprowadzili w niej kolejny etap edycji: ponownie, stosując elektroporację, do komórek wprowadzono system CRISPR / Cas9, który zaatakował gen odwrotnej transkryptazy, kluczowy enzym, z którym endogenne wirusy rozmnażają się w genomie. Następnie wyizolowano jądra komórkowe, umieszczono w oocytach i uzyskano prosięta drugiej generacji. W ten sposób świnie straciły trzy geny, zyskały dziewięć, a także straciły dwadzieścia pięć aktywnie namnażających się wirusów.
Naukowcy potwierdzili, że edytowane świnie były genetycznie stabilne. W ich komórkach faktycznie uległo ekspresji osiem z dziewięciu ludzkich genów, a geny powodujące odrzucenie układu odpornościowego były „ciche”. Naukowcy sprawdzili genom zwierzęcia pod kątem śladów edycji poza celem i odkryli kilka „chybionych” CRISPR / Cas9, ale nie wpłynęły one na regiony DNA kodujące białka.
Same zwierzęta były fizjologicznie zdrowe i płodne. Pomimo ingerencji w ich odporność i układ krzepnięcia krwi, ich morfologia pozostawała w normalnych granicach. Naukowcy nie stwierdzili również żadnego wpływu edycji na pracę serca, wątroby i nerek świń.
Na koniec naukowcy zbadali, czy genetycznie zmodyfikowane świnie uzyskały właściwości wymagane do przeszczepu. Najpierw wyizolowali hodowlę komórkową ze ścian naczyń świń i potraktowali ją ludzkimi immunoglobulinami: wiążą się one ze zmodyfikowanymi komórkami o 90 procent mniej niż zwykłe. Wtedy na te komórki działały ludzkie białka dopełniacza - reagowały one na obecność obcych komórek nawet wcześniej niż immunoglobuliny - ale układ dopełniacza był aktywowany nie częściej niż w przypadku własnych, ludzkich komórek.
W ten sposób naukowcom udało się stworzyć zwierzęta, których komórki nie powodują natychmiastowej agresji odporności człowieka. Pomimo faktu, że układ odpornościowy może później reagować na obce komórki, rozpoznając na nich rzadsze białka, można sobie z tym poradzić za pomocą leków immunosupresyjnych. Z drugiej strony edycja pozwala uniknąć ostrego odrzucenia i zyskać czas na zakorzenienie się organu w ciele. W wywiadzie dla Science Yang wyjaśnił, że firma planuje skupić się na badaniach przedklinicznych w 2020 r., Ale spodziewa się przejść do badań na ludziach w ciągu najbliższych pięciu lat.
Autor: Polina Loseva
