Először sikerült célzottan szerkeszteni a mitokondriális DNS-t

Bár az elmúlt évek legizgalmasabb genetikai hírei általában a CRISPR-Cas9 nevű génszerkesztő módszerről szóltak, egy új kutatásban olyasmit sikerült elérni, amit még ezzel sem: egy bakteriális enzim segítségével célzott módosításokat hajtottak végre a sejtek energiatermelésében kulcsszerepet játszó mitokondrium génjein – írja a Nature.

A bázisszerkesztés nevű módszer lényegében a CRISPR-Cas9 továbbfejlesztett változata, de a kutatók szerint hatékonyabb és kevesebb nemkívánatos mellékhatással jár, mint az eredeti eljárás. Míg a CRISPR-Cas9-cel az egész hibás bázist tartalmazó DNS-szakaszt kivágják és másikra cserélik, a bázisszerkesztéssel csak magát a hibás nukleotidot módosítják, és nem cserélik.

A bázisszerkesztéshez hagyományosan használt enzimek, a citidin-deaminázok azonban csak egyszálú DNS szerkesztésére alkalmasak. Hogy a kétszálú emberi DNS-en is lehessen dolgozni velük, a kutatók jellemzően a Cas9 enzimmel előbb szétbontják a két szálat. A Cas9-et azonban egy RNS-szál szállítja a szerkesztendő helyre, ami a DNS-nél működik is, ezt az RNS-t viszont a mitokondriumba nem lehet bejuttatni.

2018-ban azonban a hagyományos módszert alkalmazó David Liu, a cambridge-i Broad Intézet kutatója és a terület egyik úttörője, emailt kapott a seattle-i Washingtoni Egyetem kutatójától, Joseph Mougoustól. Ő és csapata rájött, hogy a Burkholderia cenocepacia baktérium által termelt enzim, a DddA nevű toxin közvetlenül is képes a kétszálú DNS szerkesztésére, anélkül, hogy azt előtte szét kéne bontani. Így viszont nincs szükség a Cas9-et navigáló RNS-re sem, így a módszer a mitokondriális genom szerkesztésére is alkalmas lehet.

A két kutatócsapat ezután együtt dolgozta ki a módszert. Ehhez meg kellett szelídíteni a DddA-t, mert az, éppen a potens génszerkesztő képessége miatt, elszabadulva halálos mutációkat okozott volna. Ezért fogták az enzimet, és két részre osztották, amelyek csak együttesen tudják módosítani a DNS-t. Ezután mindkét részét olyan fehérjékhez kötötték, amelyeket új módosítottak, hogy a szerkeszteni kívánt helyhez kötődjenek a genomban. Így a két enzimrészlet eljuttathatóvá vált a megfelelő helyre, ahol összeállva el tudták végezni a szükséges módosítást.

A módszerrel új eljárásokat lehet kidolgozni a mitokondriális genom mutációi által okozott betegségek tanulmányozására és kezelésére. Az ilyen betegségek leggyakrabban anyai ágon öröklődnek, és a sejtek energiatermelését akadályozzák, ami akár halálos idegrendszeri és izomproblémákhoz vezethet.  Ezeket a betegségeket eddig nehéz volt vizsgálni, mert a kutatók nem tudtak hasonló mitokondriális mutációkkal rendelkező állatmodelleket előállítani a kísérletekhez. A mostani eredmény ezen változtathat.

Az új módszer ígéretes, és egyelőre kevés nem kívánt génmódosítást okozott csak, de további kutatásokra van szükség különféle sejttípusokkal, hogy valóban biztonságosnak lehessen tekinteni. A klinikai alkalmazása ezért még odébb van.

Az eredményeket bemutató tanulmány a Nature-ben jelent meg.