Od momentu odkrycia w 2012 roku metoda manipulowania genami CRISPR/Cas9 zagościła na stałe w biotechnologicznych laboratoriach świata. W krótkim czasie 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.
Teraz naukowcy z amerykańskiego University of California, Santa Barbara, zdołali kilkukrotnie usprawnić wbudowywanie nowych genów do genomu komórki. We wprowadzanym DNA utworzyli tzw. połączenia krzyżowe, łączące różne odcinki podwójnej helisy ze sobą.
Takie DNA jest nieaktywne – 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 to, co zrobiliśmy, to wzięliśmy DNA i je uszkodziliśmy – mówi Chris Richardson, współautor pracy opublikowanej w magazynie „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" – wyjaśnia biotechnolog.
Odkrycie to, jak to nierzadko w nauce bywa, wyniknęło ze szczęśliwego zbiegu okoliczności. Podczas pracy nad oczyszczaniem białek w celu badania mechanizmów naprawy DNA, doktorantka, 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 – opowiada. - Oczekiwałam albo braku zmian, albo tego, że edycja zostanie osłabiona – dodaje.
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 więcej szans na błędy), badacze nie znaleźli wzrostu liczby mutacji.
Teraz analizują różne mechanizmy, które mogły doprowadzić do zaobserwowanych wyników. - Myślimy, że komórka wykrywa i próbuje naprawić uszkodzone DNA, do którego dodaliśmy nietypowe połączenia – mówi prof. Richardson.
Według naukowców nowa metoda posłuży raczej do manipulacji genami ex-vivo, czyli do badań laboratoryjnych, np. dotyczących różnorodnych chorób. - Możemy teraz skuteczniej wyłączać różne geny i wstawiać nowe odcinki do genomów, aby prowadzić badania poza ciałem ludzkim, w laboratorium – wyjaśnia Ghasemi.
