Ανακαλύφθηκαν δύο νέες τεχνικές «χειρουργικής» επεξεργασίας του DNA

Τα μεμονωμένα γενετικά ελαττώματα ευθύνονται περίπου για τις μισές μεταλλάξεις που σχετίζονται με ασθένειες, από την εκ γενετής τύφλωση και τη δρεπανοκυτταρική αναιμία ως την κυστική ίνωση και διάφορες μεταβολικές διαταραχές. Ο νέος «επεξεργαστής βάσεων» (base editor) αναμένεται να διευκολύνει τις θεραπευτικές «χειρουργικές» παρεμβάσεις στο γονιδίωμα των ασθενών.

Η μέθοδος βασίζεται σε μοριακές «μηχανές» πρωτεϊνών (ένζυμα), που είναι δυνατό να προγραμματισθούν κατάλληλα, ώστε να αναδιατάξουν τα άτομα μιας βάσης DNA, δημιουργώντας έτσι μια διαφορετική βάση μέσα στο γονιδίωμα των ζωντανών κυττάρων. Με αυτό τον τρόπο, μπορούν να αντικατασταθούν ξεχωριστά και επιλεκτικά και οι τέσσερις βάσεις του DNA, χωρίς να προξενηθεί ζημιά στο «μόριο της ζωής».

Η διπλή έλικα του DNA αποτελείται από τέσσερις αζωτούχες χημικές βάσεις ή «γράμματα»: την αδενίνη (A), τη γουανίνη (G), την κυτοσίνη (C) και τη θυμίνη (Τ). Μέχρι τώρα οι επιστήμονες ήσαν ικανοί να μετατρέπουν τα ζεύγη βάσεων G-C σε Τ-Α.

Επαναστατική «χειρουργική» στο DNA διόρθωσε το λάθος που προκαλεί τη β-μεσογειακή αναιμία

Με τη νέα μέθοδο, που έχει την ονομασία "Adenine Base Editor" (ABE), είναι δυνατό να μετατραπούν επίσης τα ζεύγη Α-Τ σε G-C. Σχεδόν οι μισές από τις συνολικά περίπου 32.000 παθογόνες μεταλλάξεις σε κάποια βάση ή σε ζεύγος βάσεων αφορούν την μετατροπή ενός ζεύγους G-C σε Α-Τ. Η νέα τεχνική προσφέρει τη δυνατότητα να διορθωθεί το πρόβλημα, με την επαναφορά του ζεύγους A-T σε G-C.

Με οδηγό ένα μόριο RNA και με τη βοήθεια μιας τροποποιημένης τεχνικής CRISPR-Cas9, η νέα μέθοδος αρχικά αναδιατάσσει τα άτομα στη βάση αδενίνη (Α), ώστε αυτή να μετατραπεί σε γουανίνη (G). Στη συνέχεια, τα κύτταρα καθοδηγούνται να ολοκληρώσουν και να μονιμοποιήσουν την αλλαγή, ώστε όλο το ζεύγος Α-Τ να γίνει G-C.

To νέο γενετικό εργαλείο είναι πιο ακριβές από την τεχνική CRISPR. Όπως είπαν οι ερευνητές, «το CRISPR είναι σαν ψαλίδι, αλλά οι επεξεργαστές βάσεων μοιάζουν με μολύβια».

Τα πειράματα έδειξαν ότι το νέο γενετικό εργαλείο δουλεύει τόσο σε κύτταρα βακτηρίων όσο και ανθρώπων. Στα ανθρώπινα κύτταρα μέχρι στιγμής η αποτελεσματικότητά του είναι της τάξης του 50%, δηλαδή μπορεί να διορθώσει την μετάλλαξη στις μισές περίπου περιπτώσεις. Το ποσοστό αυτό είναι υψηλότερο από άλλες μεθόδους επεξεργασίας των βάσεων του γονιδιώματος που υπάρχουν σήμερα, ενώ η νέα τεχνική δεν φαίνεται να έχει σχεδόν καθόλου ανεπιθύμητες παρενέργειες (π.χ. τυχαίες διαγραφές ή προσθήκες στο DNA).

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ και του κοινού με το ΜΙΤ Ινστιτούτου Broad, με επικεφαλής τον καθηγητή χημείας και μοριακής βιολογίας Ντέηβιντ Λίου, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό "Nature", χρησιμοποίησαν τη νέα τεχνική για να θεραπεύσουν μια κληρονομική πάθηση που οδηγεί σε επικίνδυνη αύξηση των επιπέδου σιδήρου στο αίμα.

Δήλωσαν πάντως ότι θα χρειασθούν περαιτέρω έλεγχοι για την ασφάλεια και αποτελεσματικότητα της νέας τεχνικής, προτού αξιοποιηθεί κλινικά για τη θεραπεία γενετικών παθήσεων.

Τροποποίηση του RNA

Σε μια συναφή εξέλιξη, επιστήμονες στις ΗΠΑ τροποποίησαν την ισχυρή τεχνική γενετικής επεξεργασίας CRISPR, ώστε να είναι η εφικτή πλέον η τροποποίηση όχι μόνο του DNA αλλά και του «ξαδέρφου» του, του μορίου RNA, του «αγγελιαφόρου της ζωής», το οποίο μεταφέρει τις εντολές των γονιδίων για τη δημιουργία των πρωτεϊνών.

Η τροποποίηση του RNA αντί του DNA, η οποία επιτρέπει να γίνονται μεταβολές στα προϊόντα των γονιδίων, χωρίς να αλλάζουν τα ίδια τα γονίδια, δίνει σημαντικά πλεονεκτήματα και πρόσθετες δυνατότητες για την θεραπεία των γενετικών παθήσεων, μέσω επέμβασης σε μεταλλάξεις που προκαλούνται στο επίπεδο του RNA.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον μοριακό βιολόγο Φανγκ Ζενγκ του Ινστιτούτου Broad των πανεπιστημίων Χάρβαρντ και ΜΙΤ, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό "Science", χρησιμοποίησαν τη νέα τεχνική για να θεραπεύσουν μια κληρονομική μορφή αναιμίας στα ανθρώπινα κύτταρα.

Οι επιστήμονες ανέφεραν ότι η μέθοδός τους με την ονομασία REPAIR (RNA Editing for Programmable A to I Replacement), που τροποποιεί επιμέρους «γράμματα» του RNA, έχει αποτελεσματικότητα της τάξης του 20% έως 40%, αλλά σε μερικές περιπτώσεις αγγίζει και το 90%.