bardóczi ákos @post.r

Sikeres génterápiát alkalmaztak az örökletes izombénulás ellen, a Pentagon és az FBI szakértői a módszer alapjait jelentő technika veszélyességét mérlegelték, ugyanez a technika alkalmas lehet a malária felszámolására olyan módon, hogy génmódosított maláriaszúnyogok, amikben a malária nem él túl, idővel kiszoríthatják azokat a szúnyogpopulációkat, amik a maláriát terjesztik. Ugyanennek a CRISPR-Cas9-technikának alkalmazása lehetővé teszi, hogy még a megtermékenyülés előtt meggátolják egy örökletes betegség kialakulását ős-hímivarsejtek génállományának módosításával.  

Miről is van szó?  

Múlt hét szerdán vált hivatalossá a hír, miszerint a Torontóban sikerrel alkalmaztak génterápiát egy 14 éves betegnél egy biztos bénulással járó örökletes betegség, a Duchenne-féle izomdisztrófia megfékezésére. Egyre közelebb kerül a tudomány ahhoz, hogy most még halálos kimenetelű vagy az életminőséget súlyosan rontó betegségek még a mostani betegek életében gyógyíthatóvá váljanak. A Duchenne-féle izomdisztrófia genetikai oka, hogy a  disztrofin génjét kódoló DNS-szakasz hibája. A fehérje elengedhetetlenül fontos a normális izomműködésekhez, több más struktúrfehérjével együtt kapcsolódva teszi lehetővé az izommozgások molekuláris élettani alapját.  

Abban az esetben, ha valami miatt a disztrofin génje több példányban vagy egy ritkább változatban van jelen, kialakul a Duchenne-disztrófia, ami az életkor előrehaladtával folyamatos bénuláshoz vezet több olyan folyamaton keresztül, amik az izomsejtek elhalásához vezetnek. Például az izomsejtek nem tudják kontrollálni, hogy mennyi káliumiont engedjenek be. A beteg egyre gyengébb lesz, végül teljes ellátásra szorul, a betegség utolsó stádiumában pedig már a légzőizmok is működésképtelenné válhatnak, így a beteget lélegeztetőgéppel kell lélegeztetni. Nem véletlen tehát, hogy a rettegett izomsorvadás ennyire az érdeklődés középpontjában van.  

Az American Journal of Human Geneticsben januárban fog megjelenni nyomtatásban is az a cikk, amiben Daria Wojtal és Dwi Kemaladewi munkatársaival arról számolnak be, hogy hogyan alkalalmazták a génterápia egyik legígéretesebb módját a betegség gyógyításában. Sikerült elérniük többek közt azt, hogy a disztrofin-gén fölösleges példányai az érintett  sejtekben és azok őssejtjeiben eltűnjenek. Mindezt pedig egy víruson keresztül bevitt mesterséges gén bevitelével sikerült megvalósítaniuk. A génterápiához úgynevezett lentivirális vektort alkalmaztak, azaz a retrovírusok egy altípusába tartozó lentivírus fertőzőképességéért felelős génjeit eltávolították, helyére a molekuláris javítást lehetővé tevő gént szerkesztették, majd ezt juttatták be sikeresen a beteg sejtjeibe, ahol a vírus, ha úgy tetszik, a javított génekkel fertőzte meg a célsejteket.  

Ugyanezzel az eljárással gyorsabban fejleszthetők biológiai fegyverek is

Néhány héttel ezelőtt az USA-ban a Pentagon és az FBI szakértői tanácskoztak azzal kapcsolatban, hogy a CRISPR-Cas9-technika alkalmazásával létrehozott génmódosított élőlények milyen ökológiai kockázatot jelenthetnek, másrészt mekkora a valószínűsége, hogy terroristák esetleg minden korábbinál patogénebb kórokozókat állítsanak elő biológiai fegyverként való alkalmazás céljából. Természetesen a génmódosított élőlényekkel kapcsolatos kockázatok korábbról is ismertek voltak, a mostani technika azért kapott kitüntetett figyelmet, mert relatív egyszerűbb és olcsóbb, mint az ezt megelőzőek.  

Sokmillió életet is menthet

Szintén viszonylag új, hogy olyan maláriaszúnyogokat hoznának létre a gene drive technikával, amikben nem él túl a szúnyog által hordozott malária kórokozója, ilyen módon a genetikailag módosított szúnyogpopuláció kiszoríthatja az eredeti, maláriát terjesztő populációkat, felszámolva ezzel a malária terjedését szerte a világon. Hasonlóan, a ,ódszer kihasználásával lehetne a maláriaszúnyog-populációt részlegesen ivarképtelenné tenni.  

És a "szuperszúnyogok"?

Az előbb említett washingtoni konferencián biztonsági szakértők nem tartották valószínűnek azt a bulvár által felkapott hírt, ami szerint a terroristák szuper-moszkítókat hoznának létre. Viszont nem zárható ki, hogy az új módszerrel genetikailag módosított élőlények jelentsenek kockázatot többek közt azáltal, hogy kiszoríthatják a természetben előforduló fajtársaikat.  

Betegségek megelőzése, a magzati kor előtt?  

Szintén nemrég egy konferencián olyan, eddig még csak egéren alkalmazott technika  alkalmazását vetették fel kutatók, amiben átszabott ős-ivarsejtekből létrejövő hímivarsejtekkel végezhető mesterséges megtermékenyítést valamilyen örökletes betegség kialakulásának megelőzésére. Tehát elvben gyógyíthatóak lennének betegségek, még a megtermékenyülés előtt.  

Mi képzi mindezek alapját?  

Normális esetben, ha a egy élő sejtben a DNS egy szakasza károsodik, a károsodás a sejt belső hibajavító rendszere felismeri, a sérült szakaszt kivágja és a helyére visszaépíti az eredetit, természetesen mindezt számos köztes lépésben.  

A folyamatban viszont van olyan pont, aminél kis trükkel el tudják érni a kutatók, hogy ne az eredeti gént vagy géneket jelentő szakasz épüljön vissza be, integrálódjon a sejtmag DNS-ébe, hanem bizonyos megkötések közt szinte bármi más. Az ilyen módon módosított DNS természetesen a sejt osztódást követő utódsejtjeiben is jelen lesz, valamint már nem osztódó testi sejtek esetén a sejt működése a beavatkozástól függő módon változik meg.

Képek: pinimg.com, millerandlevine.com

Ugyan az elméleti lehetősége a magzati korban végzett génmódosításnak már jóideje rendelkezésre áll, egy éve próbálkoztak vele egy újszerű, korábbiaknál sokkal ígéretesebb eredménnyel, az örökletes vérzékenység egyik típusának kiküszöbölésére.  

A kínai kutatók próbálkozása azonban messze nem volt mindig bombasiker, 80 embrióból mindössze néhánynál volt sikeres a beavatkozás, aminek legvalószínűbb oka, hogy a beépíteni kívánt gén nem tudott beépülni megfelelő módon arra a helyre, ahova szerették volna.  

Az októberi IVF-csúcson Washington DC-ben a kutatók egy teljesen más koncepcióval álltak elő, szintén a CRISPR-alapú technika alkalmazásával spermium-őssejtek, azaz spermatogóniumok módosításával próbálkoznak a jövőben, hogy ezekkel a módosított sejtekkel történhessen a megtermékenyítés.  

De miért pont az ős-hímivarsejtek?  

Számos, teljesen logikus, ráadásul nem is olyan bonyolult érv sorakoztatható fel amellett, hogy miért éppen az éretlen hímivarsejtekre esett a választás. Petesejtből alapvetően jóval kevesebb van, ráadásul őspeték izolálása a hölgyek petefészkéből sokkal körülményesebb lenne.  

A hímivarsejtek különböző fázisú őssejtjeiből, ahogy magukból a hímivarsejtekből is viszont szinte számtalan van. A hímivarsejt természetesen nem egyetlen lépésben válik hímivarsejtté egy őssejtből, hanem több szelekciós lépés játszódik le a herékben, ehhez képest még így is akad dupla farokkal, esetleg dupla fejjel vagy egyéb módon a többitől eltérő módon létrejött hímivarsejt, a megtermékenyítésben viszont rendszerint nem ezek lesznek a nyerők.  

Egy kis "sperma-őssejttan"

A spermiogenezis egy olyan, rendkívül kemény „casting” a természetben, ahol csak a legjobb versenyzőkből lesz egyáltalán hímivarsejt. Az őssejti állapotból, azaz  spermatogóniumból egy mitózist követően elsődleges spermatociták lesznek, amik közül a fele marad spermatogónium vagy elpusztul vagy bejut a következő körbe. Ezt követően egy meiózist, azaz már számfelező sejtosztódást követően jönnek létre a másodlagos spermatogóniumok, amiknek egy része szintén elpusztul, amit egy újabb meiózis követ, ahol viszont már nem feleződik a génállományuk, spermatiddá válnak, ezek közül a legéletrevalóbbak válnak tényleges hímivarsejtté, idegen szóval spermatozoává.  

Színre lép a genetic engineering új formája

Spermatogóniumból pedig van bőven, ha sikerült beékelni a beillesztendő géneket, természetesen még mindig nem biztos, hogy azok az érett hímivarsejtben is jelen lesznek, viszont igen sok „versenyző” esetén nyilván sokkal nagyobb esély van rá.  

Többé-kevésbé köztudott, hogy a sima lombikbébis mesterséges megtermékenyítésnél is több megtermékenyített petesejtet hoznak létre, amiből a legjobbak közül többet is beültetnek a  hölgy páciensbe, viszont ezek közül így is csak egy-kettő él túl és fejlődik tovább embrióvá, ergo a gyakorlatban nagyon fontos, hogy – ha szabad így fogalmazni - minél jobb alapanyaggal dolgozzanak az IVF-specialisták.  

Az alkalmazás legnagyobb gátja ott, ahol nem is gondolnánk!  

A kutatók persze tudják, hogy bizonytalansági tényezők még így is vannak, a legkomolyabb megoldandó problémaként viszont olyan tényezőt tartanak, amire nem is gondolnánk: az ős-hímivarsejtek ki kell nyerni a heréből, amit csak biopsziás módszerrel lehet megoldani, kérdéses viszont, hogy ennek hány férfibeteg veti alá magát a leendő gyermek kedvéért, fájdalomcsillapítás ide vagy oda. 

Génterápia régen és most

A konferencia videói mindenki számára elérhetőek.  Az embrionális korban végzett, génállományba való beavatkozás csak nagyon indokolt esetben, orvosi céllal engedélyezett. Ahogy írtam, különböző génterápiás eljárások már viszonylag sok ideje rendelkezésre állnak.    

Köztük vannak olyanok, amik még megtermékenyítés előtt, az embrionális korban illetve olyanok, amik akár felnőttkorban is alkalmazhatóak egy adott sejttípust megcélozva. A különböző technikák eltérnek a géneket hordozó, DNS-t vagy RNS-t felépítő polinukleotid vagy oligonukleotid szakaszok szállításának, sejtbe való bejuttatásának és sejtmagi DNS-be való beépítésének módjában. A magzati génterápiában a cél lehet az, hogy egészséges génekkel nyomják el olyan gének hatását, aminek a változatai súlyos örökletes betegséget okoznának, míg felnőtt korban nyilván csak adott sejttípus célozható meg. A módszereket mégis igen ritkán alkalmazzák sikerrel, mivel olyan jogi szabályozások vonatkoznak ezekre a módszerekre és az ezzel kapcsolatos alapkutatásokra szintén, mintha azokat a pattintott kőkorban írták volna.  

A klasszikus módszerek sem mentesek a nehézségektől  

Bármilyen típusú génterápiáról is van szó, komoly kihívást jelent az információhordozó nukleotidszakaszt a célsejtekbe juttatni. Ennek egyik módszere - egyszerűsítve - amikor egy vírust olyan módon alakítanak át, hogy abból a betegséget kialakító örökítőanyagot egy az egyben eltávolítják, ezek helyére pedig a beültetendő gének kerülnek, a kibelezett vírusban viszont azok a részek még megvannak, amik ahhoz szükségesek, hogy sikeresen bejutva a hordozott örökítőanyagot, ami ebben az esetben tehát nem a vírus génjei, hanem a belevarrt, bejuttatandó DNS, a gazdasejt DNS-ébe épülhessen, természetesen több köztes lépésen keresztül.  

Ha a beavatkozás ezzel a módszerrel, mondjuk adenovirális hordozóval, azaz virális vektorral történik, még mindig előfordulhat, hogy gyógyító vírusok a bejuttatását követően az immunrendszer lebonthatja. Viszont ha még ha el is éri a célsejteket és sikerül is bejutnia azokba, még mindig nem biztos, hogy a sejt belső védekező mechanizmusai nem gátolják meg, hogy a hordozott nukleotidszakasz helyesen a beteg sejtjeinek DNS-ébe épüljön.  

Változatok egy témára - hímivarsejt-szabászat  

A CRISPR-alapú technika, egészen pontosan CRISPR-Cas9-módszer lényege egyszerűsítve, hogy egy vágóenzim kivág egy célzott szakaszt az örökítőanyagból, amit a sejt hibajavító mechanizmusai nyomban érzékelnek is, és megkezdik a hibajavítást. A hibajavítás során viszont már nem az eredeti, hanem az átszabott, korrigált géneket hordozó polinukleotid-szakasz illesztik be. A sejtek osztódása, érése során pedig természetesen már az összes ebből létrejövő sejt a helyes változatot fogja hordozni, ha pedig a megtermékenyítés is ezzel történik, nyilván a megtermékenyített petesejt, majd az abból kialakuló magzat sejtjei is a helyes géneket hordozzák majd.  

Az alábbi ábra a génterápia azon típusát mututja, amikor virális vektorral juttatják a sejtmagi DNS-be beékelendő polinukleotid-szakasz. [a CRIPSR-cas9-nél nem adenovirális, hanem lentivirális vektort alkalmaznak]

Wikipedia