Edytowanie DNA metodą CRISPR-Cas9 – gdzie jesteśmy? Część 2

edytowanie DNA

Edytowanie DNA to wciąż gorący temat i myślę, że o metodzie CRISPR-Cas9 będziemy opowiadać z wypiekami na twarzy jeszcze przed długi czas. Jednak po pierwszym zachłyśnięciu się niewyobrażalnymi możliwościami umiejętnego wykorzystania tej metody, doszliśmy już do punktu rzeczywistego wdrażania rozwiązań opartych na tej technice.

To rozszerza horyzonty o problemy, jakie stają naukowcom na drodze do osiągnięcia satysfakcjonujących wyników i pokazuje, że nie powinniśmy lekceważyć ograniczeń związanych z zastosowaniem CRISPR-Cas9.

O co biega?

Dla przypomnienia wspomnę tylko, że jest to metoda edycji genomu, czyli zmiany DNA. Więcej na jej temat możecie przeczytać w pierwszej części wpisu lub jeśli już znacie założenia tej techniki, możecie je sobie na szybko odświeżyć – wstawiam Wam moje wystąpienie na półfinale FameLabu, gdzie w trzy minuty bardzo skrótowo tłumaczę o co biega.

Obejrzeli? To do dzieła!

Poprzedni post zakończyłam zapowiedzią tematu dotyczącego możliwego zastosowania metody, nawet tego najbardziej kontrowersyjnego.

Edycja DNA w służbie człowiekowi

Dziś przejdziemy przez wybrane pomysły na wykorzystanie metody w służbie człowiekowi, a w 3 części poruszymy te najbardziej soczyste kąski, dotyczące etyki pomysłów rodem z filmów Sci-Fi oraz słabych punktów metody.

Umówimy się więc, że dziś jesteśmy optymistami, a przy kolejnej części zdejmiemy te różowe okulary.

Choroby genetyczne

Pierwszą rzecz, jaką bierzemy na tapetę to choroby genetyczne. Jak sama nazwa wskazuje powstają w wyniku błędu w materiale genetycznym, czyli DNA. Rodzaj błędu może być różny tak sam, może być różny tak samo jak miejsce jego wystąpienia. Przy uwzględnieniu, że ludzkie DNA w jednej komórce ciała składa się z ok. 3 miliardów nukleotydów, możliwości powstania błędu są ogromne. Od razu na myśl rzuca się pomysł wykorzystania metod edycji DNA, aby te błędy naprawić. W obrębie chorób genetycznych występują takie, które są powodem pomyłki w obrębie tylko jednego genu, czyli choroby jednogenowe i obecnie uważa się, że jest ich ok. 10 000.

welflon w dłoni

Zwierzęta

Zanim w ogóle pojawi się pomysł stosowania nowych metod na ludziach, należy ocenić potencjał terapeutyczny na liniach komórkowych lub modelach zwierzęcych. Na rozgrzewkę podam właśnie przykład doświadczeń, które po raz pierwszy wykazały, że ta technika edycji genu może odwrócić objawy choroby u żywych zwierząt.

Badania były prowadzone na myszach chorujących na tyrozynemię 1. Pacjenci z tą chorobą (dotyka ona około 1 na 100 000 osób) nie mogą rozkładać aminokwasu tyrozyny, który gromadzi się i może prowadzić do niewydolności wątroby. Naukowcom udało się poprawić genetyczną pomyłkę w jednaj na 250 komórek wątroby myszy, jednak to było już wystarczające dla poprawy zdrowia u tych zwierząt.

Embriony

Kolejna próba eliminacji choroby genetycznej beta – talasemii, potencjalnie śmiertelnej choroby krwi, była jednocześnie pierwszą zarejestrowaną próbą manipulacji genetycznych przeprowadzonych na embrionie. Sami autorzy badania zastrzegają, że badanie było przeprowadzone na zarodkach, które nie miałby szans na dalsze przeżycie nawet, gdyby nie zostały poddane eksperymentom (komórki jajowe były zapłodnione dwoma plemnikami). Ten argument miałby w ich opinii tłumaczyć brak etycznych przeciwwskazań do takich badań. Wyniki ich eksperymentów są jednak dalekie od zadowalających, gdyż udało się naprawić wadliwy gen w tylko niewielu zarodkach. Zarodki przetrzymywano do momentu, w którym budowało je 8 komórek. W dużej części z nich zanotowano mozaicyzm, co oznacza, że nie we wszystkich komórkach obecny był efekt edytowania DNA.

kropelki

Uważny czytelnik sprawdzający źródła jakimi, się posługuję mógłby się zdziwić, dlaczego tak przełomowa praca nie została opublikowana w jednym z najbardziej prestiżowych czasopism takich, jak Science czy Cell. Podobno autorom odmówiono publikacji właśnie przez wzgląd na kontrowersje etyczne… Wrócimy do tego w 3 części.

W innym badaniu Amerykanie przeprowadzili eksperymenty z użyciem plemników od mężczyzny z genetyczną chorobą serca (Kardiomiopatią przerostową). W tym przypadku naukowcy skupili się na wyborze odpowiedniego momentu uaktywnienia systemu naprawczego, aby otrzymać najwyższą skuteczność metody. Badacze wprowadzili system naprawczy od razu w czasie zapłodnienia. Udało się poprawić 42 z 58 zarodków i ominąć efekty uboczne, które były obserwowane w poprzednich pracach takie jak niepożądane cięcia DNA oraz zredukowanie ryzyka mozaicyzmu. Zarodki nie były implantowane do macicy.

Chińscy naukowcy posłużyli się tą metodą do naprawy mutacji powodującej zespół Marfana , nieuleczalną i rzadką chorobę tkanki łącznej. Pojedynczy błąd w genie FBN1 (gen, który koduje białko fibryliny), może wywołać szereg objawów. Naprawa miała miejsce na etapie embrionalnym. Naukowcy pozyskali zdrowe komórki jajkowe oraz nasienie, którego dawną był chory, a następnie metodą zapłodnienia in vitro utworzyli zarodek. Następnie wstrzyknęli konstrukt CRISPR-Cas9, który miał naprawić pomyłkę genetyczną. Embriony zachowano przez dwa dni, aby sprawdzić efekty edycji. Naukowcy donoszą, że przeprowadzili procedurę na 18 embrionach i we wszystkich udało się wprowadzić zamierzoną edycję, z czego w dwóch z nich zaobserwowano niepożądane zmiany.

naczynia chemiczne

Choroby nowotworowe

Poza takim oczywistym zastosowaniem, innym oczekiwanym użyciem tej metody jest leczenie chorób nowotworowych. W związku z trudnością związaną z dostarczeniem konstruktu do konkretnych komórek ciała, wielu badaczy postuluje, że pierwszymi celami terapeutycznymi w zastosowaniu CRISPR-Cas9 u ludzi powinny być komórki krwi. Jest to spowodowane stosunkową łatwością edycji genomu takich komórek, które można z ciała „wyciągnąć”, a po naprawie „wstrzyknąć” z powrotem.

Pierwszym zastosowaniem metody CRISPR-Cas9 na człowieku było właśnie badanie mające na celu poszukiwanie nowej potencjalnej terapii dla niewyleczalnego innymi metodami nowotworu płuc. Strategia polegała na zmodyfikowaniu komórek systemu odpornościowego w taki sposób, aby te same mogły zwalczać chorobę. W limfocytach T wyłączono gen produkujący białko PD-1, które hamuje odpowiedź odpornościową. Jego wyłączenie umożliwia pracę układu na pełnych obrotach. Obecnie trwają badania kliniczne dotyczące zastosowania takiego podejścia u 10 osób. W pierwszej kolejności nacisk badania jest położony na bezpieczeństwo potencjalnej terapii oraz ocenę skuteczności takiego leczenia.

Wypalone papierosy

Poza stumulowaniem układu odpornościowego walka z nowotworami przy użyciu metody CRISPR-Cas9 może również polegać na wyciszaniu genów związanych z występowaniem pewnych nowotworów. Takie badania przeprowadzono już na wielu chorobach nowotworowych. Najbardziej śmiercionośnym nowotworem, jest nowotwór mózgu. Podjęto próby leczenia glejaka związanego z genami Trp53, Geny Pten i Nf1 i rdzeniaka związanego z genem Ptch1.

Inne nowotwory leżące w obrębie zainteresowań naukowców to chociażby nowotwory: piersi, pęcherza moczowego, jelita grubego, szyjki macicy, jajnika, rak wątrobowokomórkowy czy ostra białaczka szpikowa.

Pierwszą kliniczną próbą zarejestrowaną w USA (przez Narodowy Instytut Zdrowia (NIH)) na Uniwersytecie w Pensylwanii pod kierownictwem dr Edwarda Stadtmauera jest badanie koncentrujące się na modyfikacji i wstrzyknięciu zdrowych komórek T pacjentom z białaczką. W tym roku w Stanach Zjednoczonych planowane jest badaniez zastosowaniem CRISPR-Cas-9 na anemię sierpowatą, inne dziedziczne zaburzenie krwi wywołane mutacją deformującą czerwone krwinki.

HIV

Innym potencjalnym i niezwykle ciekawym  obiektem zainteresowań naukowców jest HIV.

plastikowa czaszka

Nie wiem czy wiecie, ale na świecie żyje niecały 1% osób, które są odporne na ten wirus dzięki posiadaniu pewnej wersji genu CCR5. Aż się prosi pokusić się o wprowadzenie podobnych modyfikacji w genomie chorych i wykorzystanie tego do walki wirusem. To oczywiście nie jest jednak aż takie proste, chociaż pewne sukcesy na tym polu zostały już poczynione, a w maju przyszłego roku poznamy wyniki pierwszego badania klinicznego związanego z takim podejściem, prowadzonym na grupie 5 chorych.

Malaria

Kolejnym pomysłem zastosowania metody CRISPR-Cas9 jest walka z malarią, która co roku zabija nawet 3 miliony ludzi na świecie.

Pierwsze pomysły postulowały, aby z zastosowaniem metody edycji genomu pozbawić komary (to te owady przenoszą pierwotniaka powodującego malarię) płodności i pewną liczbę takich osobników wypuścić do środowiska. Dzięki temu, po przewidywanej liczbie pokoleń doszłoby do załamania się gatunku. Przeprowadzono nawet taką symulację w warunkach eksperymentalnych.

Oczywistym zarzutem dla tego pomysłu jest aspekt etyczny. Kto daje nam prawo do wybicie jednego gatunku dla własnych korzyści? Inną słabą stroną takiego podejścia są nieprzewidywalne konsekwencje świata bez komarów dla całego ekosystemu.

Komar

Badacze wpadli jednak na mniej radykalny pomysł. Przecież można by spróbować zmodyfikować owady tak, by nie były zdolne do przenoszenia pierwotniaka powodującego malarię. Pomysł wpiera fundacja Billa i Melindy Gates.

Temat wciąż gorący

Jak widzicie temat CRISPR-Cas9 to temat nieostudzony. Wciąż parujący nowymi pomysłami. Dla mnie na dużą uwagę zasługuje samo tempo rozwoju tej techniki. Mimo że o samym systemie wiadomo było już od jakiegoś czasu, dopiero w 2012 roku nastąpił przełom, który otworzył drzwi do możliwości szerszego zastosowania dobrodziejstw tej metody. Minęło dopiero 6 lat, a my już obserwujemy badania kliniczne z jej zastosowaniem oraz zabieramy się za edycje embrionów… No cóż, na ten temat pozwolę się sobie rozwinąć w 3 części wpisu, na którą, mam nadzieję, nie będziecie musieli czekać aż tak długo….

Chcąc Was tylko wprowadzić w klimat kolejnej części zarzucam przynętę… Myślę, że doskonale zdajecie sobie sprawę, że ktoś przecież tę metodę odkrył i prędzej czy później można przewidywać, że zostanie za nią przyznana nagroda nobla. Dodatkowo opatentowanie tej techniki mogłoby nieć ze sobą duże profity finansowe oraz niewyobrażalne uznanie, na co naukowcy są również łasi, co inni przedstawiciele ludzkości. O wszystkich pikantnych szczegółach związanych z metodą CRISPR-Cas9 już niedługo!

***

Wyjątkowo zainteresowanym podrzucam jeszcze kilka innych ciekawych źródeł, z którymi pracowałam:

https://clinicaltrials.gov/ct2/results?term=CRISPR&Search=Apply&recrs=a&age_v=&gndr=&type=&rslt=

https://www.nature.com/news/crispr-fixes-disease-gene-in-viable-human-embryos-1.22382 

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5802696/pdf/10.1177_1758834018755089.pdf

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5166485/pdf/ijbsv12p1427.pdf

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6017271/

http://www.pnas.org/content/114/49/E10540

https://www.wired.com/story/heres-the-plan-to-end-malaria-with-crispr-edited-mosquitoes/?fbclid=IwAR3qLHJnWYoWzgGbLAC9e1jAelYLnhE1QPq4_7IcrW3T3trhDxdLwtRo8Xw