Predstavme si román s miliónom stránok, v ktorom tlačiarenská chyba v jednom jedinom mieste zamenila písmenká a celú knihu tak znehodnotila. V rovnakej situácii sa ocitajú ľudia, v ktorých dedičnej informácii sa s viac ako tromi miliardami písmen genetického kódu vyskytuje takzvaná bodová mutácia - miesto, kde došlo v DNA k "preklepu" a kde sa nachádza jedno chybné písmeno genetického kódu, píšu Lidovky.
Bodové mutácie majú na svedomí mnoho závažných dedičných chorôb, napríklad cystickú fibrózu postihujúcu pľúca aj tráviaci trakt, ale aj mnohé nádory. Pre ich liečbu sa zdá najlogickejšia "oprava preklepu", teda náhrada "chybného" písmena genetického kódu za písmeno, ktoré na dané miesto dedičnej informácie patrí. K tomu však genetici nemali vhodné nástroje. Nedovoľoval im to ani revolučný vynález techniky, zvyčajne označovanej skratkou CRISPR-Cas9.
Prevratný nástroj
Nástroj CRISPR-Cas9 sa skladá z dvoch "súčiastok". Jednu tvorí krátky reťazec ribonukleovej kyseliny (skrátene RNA), ktorý dokáže vyhľadať medzi tromi miliardami písmen genetického kódu presne vybrané miesto.
K "vyhľadávaciemu" reťazcu RNA je pripojená bielkovinová molekula enzýmu Cas9. Ten pracuje ako molekulárne nožnice a prestrihne dvojitú skrutkovicu DNA na mieste vyhľadanom navádzajúcou RNA.
Bunka začne poškodené miesto DNA okamžite opravovať. Väčšinou pritom urobí chybu. To má za následok, že prestrihnutý a chybne opravený gén prestane fungovať.
V tomto prevedení sa technika hodí pre cielené vyraďovanie génov z činnosti. Keď vedci dodajú pre opravu prestrihnutého miesta ešte krátky reťazec DNA, bunka opraví dieru vo svojej dedičnej informácii podľa tejto predlohy. Tak je možné vnášať do dedičnej informácie úplne nové gény.
Metóda CRISPR-Cas9 sa ujala ako veľmi účinný nástroj na genetickú modifikáciu mikróbov, rastlín aj živočíchov. Začína sa používať aj na liečbu závažných ochorení, vrátane rakoviny.
Pre zámenu úseku DNA s bodovou mutáciou za úsek so správnym písmenom genetického kódu sa ale veľmi nehodí. Túto úlohu plní s nízkou účinnosťou a navyše napácha v DNA niekoľko nežiaducich zmien mimo cieľového miesta.
Ako prepísať písmeno
Dedičná informácia je zapísaná štyrmi písmenami genetického kódu - adenínom (A), tymínom (T), guanínom (G) a cytozínom (C). V dvojitej skrutkovici DNA proti sebe vždy stoja A a T alebo G a C.
Už vlani prepísal tím pod vedením harvardského chemika Davida Liua v DNA písmeno C na T. Vedci k tomu využili modifikovaný CRISPR-Cas9.
Krátky reťazec RNA vyhľadá miesto pre korekciu. K reťazcu RNA pripojená pozmenená molekula enzymatických nožníc Cas9 neprestrihne dvojitú skrutkovicu DNA, ale iba ju vo vybranom mieste "rozpletie".
Tým sa reťazce DNA sprístupnia "prepisovaciemu" enzýmu napojenému na "tupé nožnice". Prepisovací enzým si vezme do práce presne určený cytozín a chemickými reakciami ho zmení na tymín.
V tej chvíli má novo vzniknuté T na druhom reťazci DNA za partnera písmeno G. Ďalšou naštartovanou opravou si preto bunka vymení toto G za A a získa tak žiaduci pár T-A.
Oprava písmena A na G viazla, pretože z prírody nepoznáme enzým, ktorý by zvládol chemické reakcie potrebné k takejto premene písmen genetického kódu. David Liu ho vyrobil v laboratóriu modifikáciou enzýmu obyčajnej črevnej baktérie.
"Klobúk dolu," zložil mu za majstrovský kúsok poklonu harvardský kolega George Church. Liu zverejnil návod na prepisovanie adenínu na guanín v poprednom vedeckom časopise Nature.
Zároveň vyšla v časopise Science štúdia amerického tímu, vedeného Feng Zhangom zBroad Institute, ktorá dokazuje, že písmená genetického kódu možno prepisovať aj v dlhých molekulách kyseliny ribonukleovej, podľa ktorej si bunky vyrábajú bielkoviny.
Pokiaľ je v bunke bodová mutácia, prenáša sa chyba aj do "výrobného výkresu" molekúl RNA, následne podľa nej vzniká aj "bývalá" bielkovina a prepuká dedičná choroba.
Štúdia Zhangovho tímu ukazuje, že pri korekcii bodovej mutácie nemusíme zasahovať vždy do "základnej projektovej dokumentácie" uloženej v DNA. Korekciu možno vykonávať až vo "výrobných výkresoch" molekúl RNA a dosiahnuť tak rovnaký efekt, ako pri zásahu do dedičnej informácie.
Šanca na zlepšenie
Oprava defektov v dedičnej informácii - čiže génová terapia dlho využívala relatívne jednoduché postupy. Náhrada nefunkčného génu prebieha tak, ako keby sme prišli do servisu s autom, ktorému nesvieti reflektor a automechanik neopravil chybné svetlo, ale namontoval nový reflektor na strechu. Nový gén sa zmestí na náhodné miesto dedičnej informácie, a tým zabezpečí nápravu.
V organizme sa začne produkovať bielkovina, ktorá v dôsledku dedičného defektu nepracovala. Neraz stačí k odzneniu príznakov ťažkej dedičnej choroby len čiastočná obnova produkcie nedostatkovej bielkoviny.
Lekári preto odoberú bunky z pacientovho tela, podrobia ich v laboratóriu korekcii dedičného defektu a "opravené" bunky chorému zase vrátia. Inštrukcie potrebné pre korekciu často vnášajú do buniek vírusy upravené génovými inžiniermi. Pri liečbe rakoviny sa zasahuje priamo do DNA nádorov a zvyšuje sa tak napríklad ich citlivosť k liekom.
Náhodné zabudovanie liečebného génu môže mať nežiaduce vedľajšie účinky. V roku 2000 vyliečili francúzski lekári génovou terapiou takzvané bublinové deti, ktoré mali v dôsledku poškodeného génu nefunkčný imunitný systém.
Liečebný gén zabudovaný na zlom mieste dedičnej informácie vyvolal u troch z dvadsiatich liečených detí leukémiu. Jedno na chorobu zomrelo. Prepis chybných písmen genetického kódu by mal podobným nešťastiam predísť.
Zatiaľ ale nie je jasné, kedy príde k slovu. "Usilovne na tom pracujeme, ale máme pred sebou ešte niekoľko ťažkých úloh," priznáva David Liu.