Dodano: 06 marzec 2020r.

Technika CRISPR pierwszy raz w historii wykorzystana do edycji genów wewnątrz organizmu

Naukowcy wykorzystali technikę edycji genów bezpośrednio na gałce ocznej pacjenta cierpiącego na wrodzoną ślepotę. To pierwsza taka próba w historii, w której zastosowano metodę CRISPR-Cas9 wewnątrz ludzkiego ciała.

Technika CRISPR wykorzystana do edycji genów wewnątrz organizmu

 

Próba podjęta przez zespół naukowców z Oregon Health & Science University (OHSU) w Portland jest częścią badania klinicznego BRILLIANCE mającego na celu sprawdzenie zdolności technik edycji genów CRISPR–Cas9 do usunięcia mutacji w genie CEP290 kodującym białko centrosomalne, która powoduje rzadki stan zwany wrodzoną ślepotą Lebera (Leber congenital amaurosis - LCA).

Wrodzona ślepota Lebera

Choroba ta ma podłoże genetyczne i obecnie nie ma terapii, która radziłaby sobie ze schorzeniem. Cierpiący na chorobą stopniowo tracą wzrok, gdyż fotoreceptory w ich oczach przestają reagować na światło. Wszystko przez wadliwie działający gen kodujący białko niezbędne w procesie widzenia. Zwykle dzieci urodzone z wrodzoną ślepotą Lebera cierpią na oczopląs i światłowstręt i całkowicie tracą wzrok przed 20. rokiem życia. Jednak w przypadku mutacji genu CEP290 większość osób rodzi się ślepa lub traci wzrok w ciągu pierwszej dekady życia. Choroba dotyka jednej na 80 tys. osób.

Uczeni nie podali szczegółów dotyczących pacjenta, na którym zastosowano technikę edycji genów CRISPR-Cas9. Na wyniki trzeba będzie poczekać ponad miesiąc, być może nieco dłużej. Jeśli próba okaże się skuteczna i bezpieczna, w kolejce czeka już kolejnych 18 osób zgłoszonych do drugiej fazy badań klinicznych.

- Potencjalnie możemy zebrać ludzi, którzy są w zasadzie niewidomi i sprawić, by znów zobaczyli - powiedział Charles Albright związany z firmą Editas Medicine, która we współpracy z irlandzkim koncernem farmaceutycznym Allergan opracowała leczenie. - Uważamy, że może to otworzyć zupełnie nowy rozdział w medycynie, w której będzie można zmieniać swoje DNA – dodał.

CRISPR-Cas9 i prime editing

Wyobraźmy sobie, że informacją genetyczną daje się manipulować tak swobodnie, jak literami, słowami i zdaniami w edytorze tekstów. Można wyszukiwać zbitki liter w tekście, kasować niepotrzebne fragmenty, w dokładnie wyznaczone miejsca wklejać nowe słowa. A w ten sposób dość swobodnie przeprojektować genom, aby wpływać na właściwości organizmów. Takie możliwości otworzyła metoda edycji genów CRISPR-Cas9. Dzięki niej można programować geny z precyzją do pojedynczych nukleotydów - „liter” tworzących informację genetyczną. Pozwala ona w stosunkowo łatwy i tani sposób wycinać, dodawać czy modyfikować poszczególne geny u roślin i zwierząt. Także u człowieka.

Technika edycji genów CRISPR-Cas9 zyskała wielką popularność wśród naukowców w ostatnich latach. Szersza publika usłyszała o niej przy skandalu, który wywoła chiński naukowiec He Jiankui, gdy zmodyfikował DNA dwóch dziewczynek, które przyszyły na świat dwa lata temu (więcej na ten temat w tekście: Na świat przyszły pierwsze genetycznie zmodyfikowane dzieci). Jednak pomimo swoich wielu walorów, narzędzie to jest ryzykowne. Jego stosowanie może prowadzić do wystąpienia setek niepożądanych mutacji w genomie.

Wady techniki CRISPR-Cas9 doprowadziły do opracowania alternatywnej metody zwanej prime editing. Zwiększa ona szanse na to, że zmiany w edytowanym genomie będą takie, jak zamierzali badacze. Innymi słowy ograniczy liczbę niezamierzonych błędów, których naukowcy nie są w stanie przewidzieć, wynikających ze stosowania techniki CRISPR-Cas9 (więcej na temat nowej metody w tekście: Naukowcy opracowali nową, bardziej precyzyjną metodę edycji genów).

Pierwsze użycie CRISPR-Cas9 in vivo

Uczeni z Oregon Health & Science University po raz pierwszy zastosowali metodę CRISPR-Cas9 in vivo, czyli do edycji genów bezpośrednio w ludzkim organizmie. Wcześniejsze próby polegały na edycji genów w materiale genetycznym po jego pobraniu z organizmu i wprowadzeniu zmienionego materiału z powrotem.

- Możliwość edytowania genów w ludzkim ciele jest niezwykła - powiedział doktor Mark Pennesi, który z ramienia OHSU kieruje procesem badań klinicznych. - Potencjalnie, oprócz oferowania terapii wcześniej nieuleczalnych formy ślepoty, edycja genów in vivo może również umożliwić leczenie znacznie szerszego zakresu chorób – zaznaczył.

Nie jest to pierwszy przypadek edycji genów bezpośrednio w organizmie. Wcześniej próbowano tego przy pomocy starszej metody edycji genów zwanej nukleazą z motywem palca cynkowego. Uczeni z Sangamo Therapeutics z Brisbane w Kalifornii przetestowali metodę przy próbie leczenia mukopolisacharydozy zwanej też zespołem Huntera. To rzadka, dziedziczna choroba przemiany materii. Jednak działania te nie przyniosły spodziewanych rezultatów.

W badaniu klinicznym BRILLIANCE po raz pierwszy zastosowano metodę CRISPR-Cas9 bezpośrednio w ludzkim ciele. Uczeni skorzystali z niej z zamiarem usunięcia mutacji w genie CEP290, która powstrzymuje organizm przed wytwarzaniem białka potrzebnego do przekształcenia światła w sygnały trafiające do ​​mózgu, co umożliwia widzenie. Mutacja ta powoduje LCA, a dokładnie jeden z wariantów tej choroby - LCA10. Chociaż mutacje w CEP290 wyłączają komórki światłoczułe w siatkówce, komórki te są nadal obecne i żywe u osób z LCA10.

Operacja

Konwencjonalne podejście zakładałoby wykorzystanie nieaktywnego wirusa do przeniesienia miliardów kopii zdrowego genu do komórek pacjenta. Ale CEP290 jest zbyt duży i nie zmieści się w wirusie, dlatego trzeba było opracować inną strategię.

W próbie wykonanej przez badaczy z OHSU, cała maszyneria do edycji genów zakodowana w genomie wirusa, została dostarczona w kilku kroplach płynu przez rurkę o szerokości włosa bezpośrednio do oka, a dokładnie tuż pod siatkówkę, w pobliżu komórek fotoreceptorów. Chodziło o możliwość edytowania lub usunięcia mutacji poprzez dwa cięcia na końcach genu bezpośrednio w organizmie. Badacze zakładają, że obcięte końcówki, już bez mutacji, połączą się i gen będzie mógł prawidłowo funkcjonować. Zabieg odbył się podczas godzinnej operacji w znieczuleniu ogólnym.

- Mamy nadzieję, że dzięki temu uda nam się ponownie aktywować światłoczułe komórki. Jest to jedna z niewielu chorób, w której naszym zdaniem można rzeczywiście przywrócić wzrok – zaznaczył Pennesi.

Uczeni sądzą, że wykonana przez nich operacja będzie miała trwały efekt, ale zmiany nie zostaną przekazane potomstwu pacjenta. Uważają, że wzrok zostanie przywrócony już po dokonaniu zmian w od 10 do nieco ponad 30 proc. komórek. Podczas testów techniki na zwierzętach, naukowcom udało się skorygować połowę komórek. Badacze podkreślili, że maszyneria do edycji genów pozostanie w oku i nie ma szans, by przemieściła się i narobiła szkód w innych częściach ciała.

 

Źródło: OHSU, AP, fot. OHSU/Kristyna Wentz-Graff