Většina buněk v lidském těle má dvě genetické knihovny; jedna v jádru a druhá vnitřní struktura zvaná mitochondrie.
Společné úsilí několika výzkumných skupin vedlo k procesu, který jednoho dne umožní vědcům změnit pokyny, které tvoří „jiný“genom buňky, a potenciálně léčit řadu nemocí.
Molekulárním základem pro tento revoluční genový editační nástroj je toxin DddA vylučovaný bakterií Burkholderia cenocepacia, aby zabil jiné mikroby, jakmile bude silná konkurence o zdroje.
Vědci z Washingtonské univerzity se o toxin chvíli zajímali a zjistili, že převádí bázi nukleové kyseliny zvanou cytosin na jinou běžně se vyskytující v RNA zvané uracil.
Není to poprvé, kdy se vědci obrátili na bakteriální zbraně, aby dokázali, jak naladit DNA tímto způsobem. Ve skutečnosti již byla v genetickém inženýrství použita celá rodina tzv. Deaminázových enzymů.
Výzkumný tým na MIT spojil deaminázu s výměnou kódu s technologií CRISPR, což vyžaduje použití RNA templátu pro identifikaci sekvence a poté použití enzymů pro provedení změn.
To není příliš velký problém, pokud chcete provést změny duplikátů řetězců DNA uvnitř něčeho tak přívětivého jako jádro buňky. Změna RNA templátů přes selektivní mitochondriální membránu však není snadná.
To je způsobeno skutečností, že před více než miliardou let byly mitochondrie samy organismy a postupem času se vyvinuly a sdílely odpovědnost za rozklad glukózy s buňkami.
Propagační video:
Naštěstí toxin DddA měl jedinečnou schopnost změnit oba řetězce DNA a připravil tak cestu pro CRISPR - a jeho těžkopádnou RNA šablonu - ve prospěch alternativních metod zacílení na sekvenci, kterou chcete změnit.
Tuto třídu enzymů lze přizpůsobit hledání konkrétních kódů nukleových kyselin a jejich separaci. Přesně to, co je potřeba pro zavedení toxinu, který nahrazuje cytosin.
Spolu s DddA může speciálně navržený enzym najít cílovou sekvenci v mitochondriích a přeměnit jakýkoli cytosin, který najde, na uracil, který je následně transformován do podobného základního řetězce specifického pro DNA nazývaného thymin.
Stejně jako mutace v jaderné DNA mohou způsobovat celou řadu zdravotních stavů, mohou být problematické také mutace v mitochondriálních genech, které ovlivňují cokoli od vývoje mozku po růst svalů, energetické hladiny, metabolismus a imunitu.
Výzkum je publikován v časopise Nature.