A génszerkesztés új korszakába léptünk: immár ki- és be tudjuk a géneket kapcsolni
2021 / 04 / 10 / Felkai Ádám
A génszerkesztés új korszakába léptünk: immár ki- és be tudjuk a géneket kapcsolni
Az elmúlt évtizedben a genetikai mérnökség csúcsát a CRISPR-Cas9 eljárás jelentette.

Már önmagában ez is science fiction volt: nem véletlen záporoztak a hírek a genetikai mérnökség veszélyeiről, ami különösen az ennek kapcsán alulszabályozott országokat érintette, például Kínát. Azonban legyen szó génmódosított szuperkatonkáról vagy dizájnerbébikről, az etikai kérdéseken kívül (illetve azoktól részben elválaszthatatlanul) ezek nagyobb volumenű kivitelezhetőségére árnyékot vetett magának az eljárásnak a szűkös alkalmazhatósága. A CRISPR-Cas9 rendszer ugyanis egy elég komoly Achilles sarokkal bírt: a használatához magát a DNS-t kellett permanens módon megváltoztatni, ami így rengeteg nem várt és nehezen kiszámítható hatást okozott (azóta is próbálják pontosítani az eljárást). A Francis Crick Intézet egy tavaly publikált tanulmánya például arra jutott, hogy ezzel az eljárással a vizsgált szerkesztett DNS-ű magzatok felében tudtak kimutatni olyan géneket, melyek a szerkesztett részekkel együtt szintén megváltoztak. Magyarán az eljárás egy sor nem várt és nem is a tudósok által előre kalkulált változást is előidézett méghozzá messze nem elhanyagolható mértékben.

Mi az a CRISPR?

A CRISPR/Cas rendszer a prokarióták (tehát a sejtmag nélküli egysejtűek) amolyan immunrendszere. „A Cas fehérjék a CRISPR-ek közötti helykitöltők alapján felismerik a baktériumsejtbe behatoló idegen nukleinsavakat (a DNS és az RNS egyaránt nukleinsavak), és darabokra vágják őket. Hasonló rendszer az eukariótákban (valódi sejtmaggal rendelkezők) is működik, ott RNS-interferenciának nevezik a jelenséget.” A laborokban pedig ezt a rendszert használják a DNS szerkesztésére: „a Cas9 enzim és a megfelelő RNS-szakasz sejtbe bevitelével, az enzim meghatározott helyen vágja el a sejt DNS-ét, amivel lehetővé válik a gének minden korábbinál pontosabb módosítása.”

Egy most kifejlesztett, ígéretes eljárás azonban éppen ezt a gyenge pontot számolná fel: a CRISPRoff technológia segítségével ugyanis nem szükséges a DNS-t megváltoztatni, hanem lehetőség nyílik a gének reverzibilis elnémítására, ami ráadásul több száz osztódáson keresztül is átöröklődik. Vagyis nem túlzás a kijelentés, hogy sikerült egy kapcsolót alkotni a génekhez (az egy kapcsoló alatt két eljárást értünk: a CRISPRoff és a CRISPRon módszereket – de erről később), amivel azt szabályozhatjuk, hogy az adott gén által kódolt tulajdonság megjelenjen-e vagy sem. A technológia egy másik előnye, hogy a gének túlnyomó részére alkalmazható, sőt egyszerre több génen is bevethető a DNS károsítása nélkül, és ahogy arról már szó volt: az eddigi eljárással szemben ez vissza is fordítható.

Az eljárás alapelve az egyébként is működő epigenetikai szabályozás, amely kifejezés alatt azon környezeti hatások összességét (pl. anyai hatás, táplálék, mozgás, gyógyszerek, mérgek, lelki hatások, stb.) értjük, amely a DNS nukleotidsorrendjét nem változtatja meg, viszont előidéz olyan változásokat, amelyek a génműködést módosítják – lényegében tehát mutáció nem történik, csak az adott gén működése, aktivitása változik. Ezen hatások közül pedig jelen esetben a DNS-metiláció a fontos. Ez az epigenetikus módosulás a citozin metilációját jelenti, és általában a génexpressziót (tehát a gén által kódolt fehérjének a "legyártását") gátolja. Fontos megemlíteni azt is, hogy ez a változás bár sejtosztódásról sejtosztódásra továbbadódik, de generációról generációra már általában nem (hiszen maga a DNS nem módosult).

Hogy ezt a változást mesterségesen idézzék elő, a kutatók alkottak egy fehérjét, amit RNS segítségével juttatnak el az adott génhez, ahol a fehérje segítségével az említett metiláció végbemegy. Ezután a génexpresszió az adott szakaszon gátlódik, vagyis a szóban forgó gén által kódolt tulajdonság nem fog megjelenni. Ez tehát a „génkapcsoló” kikapcsolását biztosító eljárás, a beszédes elnevezésű CRISPRoff.

A CRISPRoff alapvetően tehát úgy működik mint a természetes metiláció, azaz sejtosztodásról sejtosztodásra átadódik, ám nem jár a DNS roncsolásával, és így nem indulnak be olyan folyamatok sem, ami miatt a CRISPR-Cas9 sok esetben előre nem látott változásokat is előidézett. Ráadásul az elnémított gén ismét aktiválható egy enzim segítségével, amely a metilációt okozó metilcsoportot eltávolítja (magához köti) a génről, így az ismét kifejeződhet. Ez utóbbi eljárás értelemszerűen a CRISPRon.

A CRISPRoff technológia hatékonyságán pedig a kutatók is meglepődtek, a metilálódó citozinok ugyanis majdnem kizárólag az ún. CpG-dinukleotidokban találhatók. Tudni kell azt is, hogy a gerincesek genomjának kicsi a CpG gyakorisága, ám bizonyos rövid, nem-metilált DNS-szakaszok CpG-gyakorisága megfelel a várt értéknek: ezek az úgynevezett CpG-szigetek. Az előzetes feltételezés az volt, hogy a metiláció csak azokon a géneken működik majd, melyek rendelkeznek CpG-szigetekkel (a génjeink 30 százalékán nincsenek ilyenek). Ehhez képest a metiláció segítségével sikerült elnémítani azokat a géneket is, melyeken nem volt CpG-sziget – mint az egyik kutató fogalmazott: ez a számára is nagy meglepetés volt.

Fontos tudni, hogy most egy génszerkesztési eszköz kifejlesztéséről beszélünk, aminek gyakorlati haszna igazán a jövőben, az alkalmazással kapcsolatban felmerült több kérdés tisztázását (például hogyan alkalmazható ténylegesen bizonyos szövetekben) követően mutatkozhat meg. Ennek ellenére a kutatók már most tesztelték a módszer terápiás alkalmazhatóságát, és megpróbálták kikapcsolni azt a gént, amely a Tau-fehérjét kódolja, amely az Alzheimerben okozza az agykárosodást. A kísérletben sikerült csökkenti a gén expresszióját (teljesen azonban nem tudták még kikapcsolni azt). Ez persze nem jelenti, hogy sikerült gyógyszert fejleszteni az Alzheimerre, mert egyrészt kérdéses, miként juttatható célba ez a CRISPRoff technológia egy tényleges, felnőtt betegnél, illetve az sem biztos, hogy az említett gén kikapcsolása önmagában megszünteti a betegséget. (Az előbbi problémára, tehát a célba juttatásra válasz lehet az a módszer, amivel jelenleg is működnek az mRNS alapú, a Covid ellen kifejlesztett vakcinák.)

Egyébként pedig a mostani tanulmány az epigenetikus módosulások tanulmányozása kapcsán is fontos.

(Kép: Flickr/ADI Intellect)

További cikkek a témában:

Már 'készülnek' a génmódosított, a klímaváltozásnak ellenálló tehenek Ausztrál zoológusok nemrégiben egyedülálló megközelítést alkalmaztak a probléma megoldására: génmódosítással próbálták megváltoztatni a tehénszőr színét, és ellenállóvá tenni az emlősöket a klímaváltozással szemben.

Magyar kutatók részvételével találtak rá egy ritka, súlyos betegség okaira A nemzetközi kutatócsoport több mint egy évtizeden át tartó genetikai nyomozással jutott el egy család férfi tagjait három generáció óta sújtó kórkép eredetéhez.

Átadták a 2020 évi kémiai Nobel-díjat, az evolúció szabászeszközeinek felfedezéséért Az evolúció működéséhez, az adaptálódás kivitelezéséhez, ennek az összetett, hatalmas és alig ismert mechanizmusnak nyilvánvalóan szerteágazó és sokoldalú szerszámkészletre van szüksége. Az idei kémiai Nobel-díjat egy ilyen eszköz felfedezéséért adták át.


Ismerd meg a ROADSTER magazint!
AUTÓK - DESIGN - GASZTRO - KULT - UTAZÁS - TECH // Ha szereted a minőséget az életed minden területén, páratlan élmény lesz!
Kövesd a Rakétát a Facebookon is!
Kövess, üzenj, kommentelj a Rakéta Facebook oldalán!
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.