Przez przypadek ulepszono metodę edycji genów, za którą w 2020 roku przyznano Nagrodę Nobla

Naukowcy ulepszyli słynną metodę edycji genów CRISPR/Cas9, kilkukrotnie zwiększając jej wydajność. Jednocześnie wykryli nieznany wcześniej zachodzący w komórkach sposób naprawy genów.

Od momentu opracowania metoda manipulowania genami CRISPR/Cas9 zagościła na stałe w biotechnologicznych laboratoriach świata. W 2020 roku doczekała się nawet Nagrody Nobla. Wykorzystuje ona naturalne, stosowane przez bakterie metody zwalczania wirusów.

Bakteria wykrywa wirusowe DNA i dodaje je do swojego materiału genetycznego, aby na przyszłość mogła szybko takie DNA wykryć i je zniszczyć. Biotechnolodzy wykorzystują działające w tym mechanizmie enzymy oraz naturalne mechanizmy naprawiające komórkowe DNA do wbudowywania wybranego DNA do genomu komórki, na przykład ludzkiej, w ramach terapii genowej.

Naukowcy z amerykańskiego Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara zdołali kilkukrotnie usprawnić wbudowywanie nowych genów do genomu komórki. We wprowadzanym DNA utworzyli tak zwane połączenia krzyżowe, łączące różne odcinki podwójnej helisy ze sobą.

Takie DNA jest nieaktywne, ponieważ komórka traktuje je jako wadliwe. Jak się jednak okazało, w kontakcie z nim komórki uruchamiały silnie działające, nieznane wcześniej procesy naprawcze i wbudowywały to DNA do swojego genomu.

- W zasadzie tym, co zrobiliśmy, było wzięcie DNA i uszkodzenie go - mówił Chris Richardson, współautor pracy opublikowanej w magazynie naukowym "Nature Biotechnology". - Uszkodziliśmy je w najcięższy sposób, jaki mogę sobie wyobrazić. Ale komórka nie powiedziała: "Hej, to są śmieci i je wyrzucę". Powiedziała: "Hej, to wygląda świetnie, wkleję to do swojego genomu" - wyjaśnił biotechnolog.

Odkrycie to wyniknęło ze szczęśliwego zbiegu okoliczności. Podczas pracy nad oczyszczaniem białek w celu badania mechanizmów naprawy DNA główna autorka Hannah Ghasemi zauważyła nieoczekiwane zmiany w wynikach swoich eksperymentów.

- Wprowadzaliśmy modyfikacje chemiczne do DNA, aby móc je wydobyć z komórek i zobaczyć, które białka się do niego przyłączają. Sprawdzałam tylko, czy taka modyfikacja wpłynęła w jakikolwiek sposób na edycję tych genów - opowiadała. - Oczekiwałam albo braku zmian, albo tego, że edycja zostanie osłabiona - dodała.

Zamiast tego okazało się, że DNA ze wspomnianymi łączeniami krzyżowymi było w komórce edytowane trzykrotnie intensywniej niż zwykłe. Co więcej, mimo intensywniejszej edycji (co oznacza większe ryzyko wystąpienia błędów) badacze nie znaleźli wzrostu liczby mutacji.

Teraz naukowcy analizują różne mechanizmy, które mogły doprowadzić do zaobserwowanych wyników. - Myślimy, że komórka wykrywa i próbuje naprawić uszkodzone DNA, do którego dodaliśmy nietypowe połączenia - mówił Richardson.

Według naukowców nowa metoda posłuży raczej do manipulacji genami ex-vivo, czyli do badań laboratoryjnych, na przykład dotyczących chorób. - Możemy teraz skuteczniej wyłączać różne geny i wstawiać nowe odcinki do genomów, aby prowadzić badania poza ciałem ludzkim, w laboratorium - wyjaśniła Ghasemi.