Tudomány
Hand inserts a molecule into DNA concept design.

Forradalom küszöbén állunk: úgy szabjuk a géneket, mint szabó a szövetet

Lugosi Péter
Lugosi Péter

újságíró. 2018. 02. 25. 18:00

Az utóbbi időkben egyre látványosabb eredményeket érnek el a génszerkesztési technikák segítségével. Már nemcsak elismert kutatóintézetek, hanem önmagukon kísérletező biohekkerek is belekezdtek a gének módosításába. A hirtelen fejlődés hátterében egy még gyerekcipőben járó technológia áll, amely ígéretes, de nem kívánt mutációt is okozhat.
Korábban a témában:

A CRISPR rendszer nem egy laboratóriumban, hanem a természetben, az evolúciónak köszönhetően született meg. A bizonyos baktériumok genomjában megtalálható ismétlődő DNS-szakaszokat az 1980-as évek végén fedezték fel, az elkövetkező évtizedekben pedig egyre jobban feltérképezték a technológia jelentőségét, és a benne rejlő lehetőségeket.

Átszabhatjuk, tuningolhatjuk a DNS-t

A CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) jelentése: halmozottan előforduló, szabályos közökkel elválasztott palindromikus ismétlődések. A génhasító technológiát baktériumok immunrendszeréből fejlesztették ki, de 2013-ban kiderült, hogy emberi sejtekben is használható. Különlegessége, hogy lehetővé teszi a sejtmag DNS-ének precíz és egyszerű átszabását vagy eltávolítását; ha egy spermium, egy pete vagy egy embrió genomjának módosítására használják, a változtatások mindörökre beleégnek az ún. „csíravonalba”, így a megszülető gyerekek leszármazottai is örökölni fogják őket. Így akár gyógyíthatatlannak hitt betegségeket is legyőzhetünk, illetve kiírthatjuk az örökletes betegségeket is.

A technológiát elsősorban betegségek kezelésére fejlesztették ki, így gyakran használják gyógyszerkészítésre, de már a mezőgazdaságban is megjelent az eljárás. A kutatásban élen jár Kína és az Egyesült Államok, embereken is ők tesztelték először a módszert.

A baktériumokban a CRISPR minden szekvenciáját egy olyan szakasz követ, amely egy korábban megismert vírus vagy plazmid genetikai információját tartalmazza. Ezen szakaszok alapján a mikroorganizmusok Cas fehérjéi képesek azonosítani és szétvágni a szervezetben megjelenő idegen nukleinsavakat.

A CRISPR/Cas tehát egyfajta immunrendszerként működik, amely segíti a baktériumokat a kórokozókkal szembeni védekezésben.

Kicsit bonyolult? Megpróbáljuk elmagyarázni.

A rendszer működését úgy érdemes elképzelni, mint egy kezdő szabó munkáját.

  1. Mikor szakemberünk (vagyis a CRISPR/Cas rendszer) egy új szövettel (a baktériumot támadó idegen szervezettel) találkozik, előbb alaposan szemügyre veszi azt,
  2. majd egy olló (vagyis egy bizonyos Cas protein) segítségével kimetsz egy könnyen kezelhető darabot (azaz egy rövid DNS- vagy RNS-szakaszt).
  3. Ezt a kivágott anyagot aztán egy tűvel (vagyis egy újabb Cas enzimtípussal) bevarrja a készülő ruhába (azaz a CRISPR DNS-szakaszai közé).
  4. Kezdő szabónk idővel egyre több szövettípussal találkozik. Mikor ismét belefut egy már ismert anyagba, pontosan tudni fogja, hogyan is érdemes bánni az adott szövettel.
  5. Azt, hogy az egyes folyamatokhoz milyen ollót (Cas fehérjéket) használ, szakembertől függ (azaz az adott CRISPR/Cas változattól).
  6. A második típusban például egy multifunkcionális szerszám van szabónk kezében. Ebben a verzióban ez a szerszám (Cas9 enzim) lát el minden feladatot: ez ismeri fel a különböző idegen szervezeteket, ez szabdalja szét a nukleinsavakat, és ez illeszti be a CRISPR szakaszai közé a kivágott szekvenciákat.
Needle with thread and thimble
Olyan ez, mint egy szabó munkája
Fotó: Thinkstock

Közeledünk a biohekkerek korához

A 2000-es évektől egyre több kutatócsoport kezdett el foglalkozni a kérdéssel, hogy milyen módon tudnák hasznosítani a lenyűgözően precíz génvagdosó rendszert.

Az első komolyabb áttörés 2012-ben jött el. A Martin Jinek vezette csapat egy tanulmányban ekkor vetette fel először, hogy a CRISPR/Cas9 típust felhasználhatnák irányított génszerkesztésre. Az ötlet az volt, hogy a Cas9 segítségével meghatározott helyen vágják el a genomot, majd egy mesterségesen bevitt mintával vegyék rá a sérült DNS-t, hogy a kívánt módon javítsa meg önmagát. A publikáció hatására több csoport is belekezdett a kísérletezésbe.

2014-ben Tony Perry kollégáival már a megtermékenyítési folyamat közben fecskendezte be a Cas9 enzimet egerek petesejtjeibe. Ez komoly előrelépés volt: korábban csak egysejtes állapotban lévő embriókon tesztelték a módszert. Perry kísérletének célja – hogy a petesejtekből ne szürkésbarna, hanem fehér egerek szülessenek – elsőre nem tűnik igazán jelentősnek. A teszt azonban bebizonyította, hogy a technika igenis életképes.

A sikeres állatkísérletek hatására idővel embereken is kipróbálták az eljárást.

2015-ben Puping Liang kollégáival emberi embriókkal kezdett kísérletezni – a kínai kutatás természetesen komoly vitát váltott ki. A vizsgálat elsődleges célja az volt, hogy felmérjék, miként reagál az emberi DNS a beavatkozásra.

2016 nyarán már az Egyesült Államokban is engedélyezték az emberi teszteket, azóta pedig mind a kínai, mind az amerikai szakértők apró, de fontos eredményeket értek el.

Sőt, a sikereken felbuzdulva az utóbbi időkben már nemcsak feszes előírásokat követő kutatócsoportok, hanem biohekkerek is belekezdtek a génszerkesztésbe. Ezek a magánszemélyek nagy kockázatot vállalva önmagukon hajtanak végre génszerkesztést – hogy tesztjeik milyen eredményeket hoznak, az idővel kiderül.

Élő adásban hekkelgetik magukat a hosszú élet titkát keresve
A Csináld magad!-terápiák komoly veszélyeket rejthetnek magukban, másrészt ez az önkísérletezgetés felgyorsíthatja az amúgy hosszadalmas és drága kutatásokat - előbb lesz gyógymód betegségekre, terjeszthetjük ki érzékeinket, vagy hosszabbíthatjuk meg az életet.

Mire a nagy felhajtás?

Bár a CRISPR/Cas génszerkesztés még abszolút gyerekcipőben jár, az eddigi eredmények azt mutatják, hogy a nem is olyan távoli jövőben hatalmas szerepet kap majd a módszer. Az eljárás segítségével ugyanis egy napon leküzdhetővé válhat sok, ma még komoly problémát okozó betegség.

Fotó: Pixabay

2016 novemberében a Lu Ju vezette csapat egy olyan gént semlegesített egy tüdőrákkal diagnosztizált betegben, amely gátolta a kezelések hatékonyságát. Tavaly pedig Shoukhrat Mitalipov és kollégái emberi embriókban iktattak ki egy olyan gént, amely egy viszonylag gyakori szívbetegséget, hipertrófiás kardiomiopátiát okoz. A kísérletben az embriókat természetesen csak néhány napig hagyták fejlődni.

Az eddigi vizsgálatok mind kezdetlegesek voltak, hiszen csak egy-egy tényezőt céloztak meg, az viszont már most biztatónak tűnik, hogy a kutatók képesek bizonyos géneket semlegesíteni.

Ha sikerül tökéletesíteni a módszert, a CRISPR/Cas a jövőben minden olyan rendellenesség kezelésére alkalmas lehet, melynek ismerjük a genetikai hátterét.

Ilyen betegség többek közt a Huntington-kór, melyet a HTT nevű gén mutációja váltja ki.

A technikát azonban nemcsak az emberi szervezetben, hanem állatokban is érdemes lehet alkalmazni – olyan élőlényekben, melyek veszélyes kórokozókat terjesztenek. A megfelelő gének módosításával egy nap korlátozhatnánk a szúnyogok terjedését, ezzel pedig olyan betegségeket állíthatnánk meg, mint amilyen a malária.

Háromszemű, sárga, szárnyatlan szúnyogokat hoztak létre
A kutatók a kísérlettel azt a módszert tesztelték, mellyel egy nap korlátozhatják a veszélyes betegségek terjedését.

A CRISPR-alapú eljárások emellett az adattárolásban is forradalmat hozhatnak el, élő baktériumokba például már sikerült beültetni egy GIF-et Cas1 és a Cas2 proteinek alkalmazásával.

Csak óvatosan!

A CRISPR/Cas módszer természetesen még messze nem tökéletes, a bevett klinikai használatra még bizonyosan éveket kell várni. Egyelőre ugyanis sok a megválaszolatlan a kérdés a technikával kapcsolatban.

Egy 2017 májusában ismertetett vizsgálat például felfedte, hogy a CRISPR/Cas9 technika alkalmazása nem várt mutációkkal járhat. A beavatkozás során ugyanis a szerkesztett genom kezeletlen részein nem kívánt sérülések jelentkeznek. Bár a tanulmány nem mutatott ki észlelhető mellékhatásokat, a felfedezés mégis azt jelenti: érdemes körültekintően használni a technikát.

A génszerkesztés emellett olyan aggályokat is felvet, melyekre elsőre talán nem is gondolnánk. A Nemzetközi Doppingellenes Ügynökség például tavaly októberben jelentette be, hogy 2018-tól szigorítani fogja a sportolók génszerkesztésének szabályait. A döntés hátterében többek közt a CRISPR-alapú technikák gyors fejlődése áll.

Fotó: Thinkstock

Fontos kiemelni azt is, hogy nem csupán a CRISPR tölt be fontos szerepet a génszerkesztés területén. Bár a módszer az elmúlt évtizedben kétségtelenül sokat fejlődött, az utóbbi években más eljárásokkal is sikerült értékes eredményeket elérni.

TALEN megfelelő sejtterápiával kombinálva például egy nap kiváló eszköz lehet a leukémia elleni harcban. Egy tavaly decemberben ismertetett kísérlet során pedig egy olyan gyógyszert használtak, amely géncsendesítéssel üti ki a Huntingtont okozó HTT-t.

Kiemelt kép: Thinkstock

vissza a címlapra

Ajánlott videó mutasd mind

Kommentek

Saudi soldiers stand guard as a Saudi air force cargo plane, carrying aid, lands at an airfield in Yemen's central province of Marib, on February 8, 2018. (Photo by ABDULLAH AL-QADRY / AFP)
Nézd meg a legfrissebb cikkeinket a címlapon!
24-logo

Engedélyezi, hogy a 24.hu értesítéseket
küldjön Önnek a kiemelt hírekről?
Az értesítések bármikor kikapcsolhatók
a böngésző beállításaiban.