Technika genové editace byla poprvé použita k přímé modifikaci DNA uvnitř lidského těla. Jedním ze způsobů, jak vědci využívají editaci genomu, je zkoumání různých onemocnění, která postihují lidi. Upravují genomy zvířat, jako jsou myši a zebřičky, protože zvířata mají mnoho stejných genů jako lidé. Například myši a lidé sdílejí přibližně 85 procent svých genů! Změnou jednoho nebo více genů u myši mohou vědci pozorovat, jak tyto změny ovlivňují její zdraví, a předpovídat, jak by podobné změny v lidském genomu mohly ovlivnit lidské zdraví.
Technologie editace genomu umožňují vědcům provádět změny v DNA, což vede ke změnám fyzických znaků, jako je barva očí, i v riziku onemocnění. Vědci k tomu používají různé technologie. Tyto technologie fungují jako nůžky, které stříhají DNA na určitém místě. Vědci pak mohou DNA v místě, kde byla přeříznuta, odstranit, přidat nebo nahradit.
První technologie pro editaci genomu byly vyvinuty koncem 20. století. V nedávné době nový nástroj pro editaci genomu s názvem CRISPR, vynalezený v roce 2009, usnadnil editaci DNA více než kdy dříve. CRISPR je jednodušší, rychlejší, levnější a přesnější než starší metody editace genomu. Mnoho vědců, kteří se zabývají editací genomu, nyní používá právě CRISPR.
V roce 2013 dva biochemici publikovali článek, v němž oznámili, že objevili potenciálně převratnou metodu manipulace s geny. Technologie CRISPR – jejíž název zní jako označení vegetariánské gastronomické hospody – jim oběma vynesla Nobelovu cenu.
V následujících letech CRISPR (neboli Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) naplnil očekávání. Změnil globální vědeckou krajinu a vyvolal otázky, jaké revoluční změny by vědci a poskytovatelé zdravotní péče mohli – a měli – usilovat o dosažení.
Co kdybychom dokázali vyrábět potraviny bez alergenů a plodiny odolné vůči suchu? Co kdybychom dokázali eliminovat invazivní druhy a chránit se před infekčními chorobami, jako je malárie? Co kdybychom dokázali oživit vyhynulé druhy? Co kdybychom dokázali odstranit nebo opravit mutace, které způsobují dědičná onemocnění? Nebo vytvořit imunoterapie na míru k léčbě rakoviny u jednotlivých pacientů?
V klinické studii vědci použili vysoce přesný nástroj známý jako »prime editing« k opravě genetické mutace v jaterních buňkách způsobené Wilsonovou chorobou, vzácným onemocněním, které brání tělu vylučovat přebytečnou měď.
Vědci vyvíjejí genové terapie – léčebné postupy zahrnující editaci genomu – k prevenci a léčbě nemocí u lidí. Nástroje pro editaci genomu mají potenciál pomoci při léčbě nemocí s genomickým základem, jako jsou cystická fibróza a cukrovka. Existují dvě různé kategorie genových terapií: germinální terapie a somatická terapie. Germinální terapie mění DNA v reprodukčních buňkách, jako jsou spermie a vajíčka. Změny DNA reprodukčních buněk se předávají z generace na generaci. Somatické terapie se naopak zaměřují na nereprodukční buňky a změny provedené v těchto buňkách ovlivňují pouze osobu, která genovou terapii podstoupí.
V roce 2015 vědci úspěšně použili somatickou genovou terapii, když roční dítě Layla ve Spojeném království podstoupilo léčbu genovou editací, která jí měla pomoci v boji proti leukémii, což je typ rakoviny. Tito vědci k léčbě Layly nepoužili CRISPR, ale místo toho využili jinou technologii editace genomu s názvem TALEN. Lékaři předtím vyzkoušeli mnoho léčebných postupů, ale žádný z nich se nezdál účinný. Vědci proto dostali zvláštní povolení k léčbě Layly genovou terapií. Tato terapie jí zachránila život. Léčba, jako byla ta, kterou Layla podstoupila, je však stále experimentální, protože vědecká komunita a tvůrci politik se musí nadále zabývat technickými překážkami a etickými obavami souvisejícími s editací genomu.
Průlom, o němž informoval časopis Nature, otevírá cestu k rychlejším, levnějším a méně invazivním genovým terapiím, které opravují DNA uvnitř lidského těla a nahrazují složité laboratorní postupy.
»Nikdy by mě nenapadlo, že za svého života uvidím něco takového aplikovaného na mou vzácnou nemoc,« řekla Rhonda Rowlandová, prezidentka Asociace pro Wilsonovu chorobu. »Příští rok bude opravdu vzrušující.«
Wilsonova choroba je způsobena mutacemi v genu ATP7B, který produkuje protein zodpovědný za odstraňování přebytečné mědi z jater. Pokud se neléčí, měď se hromadí na toxickou úroveň, což způsobuje závažné poškození jater, poškození nervů a neurologické poruchy.
Současné léčebné postupy vyžadují celoživotní podávání léků, které odstraňují měď z těla. Genové úpravy však nabízejí možnost jednorázového, trvalého terapeutického zásahu prostřednictvím přímé korekce genetické chyby.
Procesor
Zatímco konvenční metody editace genů, jako je technologie CRISPR-Cas9, obvykle geny deaktivují, místo aby je přepisovaly, technika primární editace funguje jako miniaturní textový editor, který dokáže s mimořádnou přesností vkládat, mazat a nahrazovat konkrétní části DNA.
Léčba vyvinutá americkou biotechnologickou společností Prime Medicine dodává nástroje pro editaci genů do jaterních buněk pomocí drobných lipidových nanočástic, podobných těm, které se používají v technologii mRNA vakcín.
Přímá modifikace DNA uvnitř těla umožňuje vyhnout se nákladnému a nebezpečnému procesu, při němž se buňky odebírají z těla pacienta, upravují se v laboratoři a následně se do těla znovu zavádějí.
Tradiční postupy buněčného inženýrství často vyžadují, aby pacienti podstoupili agresivní chemoterapii, která v těle vytvoří prostor pro usazení a růst modifikovaných buněk.
»Financování těchto společností zabývajících se genetickou medicínou není levné,« poznamenal Joseph Thom, biotechnologický analytik společnosti TD Cowen. Uvedl, že léčba aplikovaná přímo do těla by mohla výrazně snížit výrobní náklady a zpřístupnit léčbu širokému okruhu pacientů.
Výzvy
Odborníci však varují, že genové úpravy prováděné přímo uvnitř těla s sebou nesou vlastní úskalí, protože lékaři nemohou před začátkem množení buněk potvrdit, zda jsou genetické modifikace zcela přesné.
»Záleží na tom, jaká rizika jste ochotni podstoupit,« řekl Crisanu Sascha, biomedicínský inženýr z University of Wisconsin-Madison. Dodal, že přesné doručení nástrojů pro editaci genů do cílových orgánů zůstává »klíčovou výzvou«.
Očekává se, že společnost Prime Medicine oznámí první klinické výsledky studie příští rok. Zároveň by měla padnout rozhodnutí o dalších terapiích založených na CRISPR, které se aplikují přímo do těla a v současnosti čekají na schválení regulačními orgány.
Perspektivy molekulární biologie
Pokud vaše znalosti genetiky začínají a končí středoškolskou biologií – nebo (velmi fiktivními) filmy Jurský park – nejste sami. Tato problematika je složitá. Proto jsme požádali odborníka na genomiku a imunoterapii Timothyho Chana, aby CRISPR podrobně vysvětlil a pomohl lépe pochopit, proč tato technologie i po více než deseti letech stále tolik přitahuje pozornost výzkumníků.
»Ačkoli se editace genů již používá, CRISPR je stále ve fázi klinických studií,« říká Dr. Chan. »Ve výzkumných laboratořích a průmyslových odvětvích se používá neustále,« poznamenává. »Mnoho klinických studií testuje CRISPR v souvislosti s genetickými onemocněními a rakovinou.«
Zajímavé je, že CRISPR lze použít také k detekci určitých onemocnění. Nejznámějším příkladem je sada Sherlock CRISPR SARS-CoV-2: test na covid-19, který v roce 2020 získal od amerického Úřadu pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) povolení k nouzovému použití (EUA).
»V současné době však neexistuje žádná terapie CRISPR schválená FDA. Klinické studie stále probíhají,« říká.
Patří mezi ně studie zkoumající využití CRISPR k nápravě genetických onemocnění, jako jsou cystická fibróza, Huntingtonova choroba a svalová dystrofie.
Dr. Chan dodává, že probíhají také rozsáhlé klinické studie zaměřené na onemocnění krve, při nichž se CRISPR používá k nápravě genové změny způsobující dané onemocnění. Jako jeden z příkladů uvádí slibnou studii využívající editaci genu CRISPR-Cas9 při léčbě srpkovité anémie a β-talasémie, o níž v roce 2021 informoval časopis New England Journal of Medicine. β-talasémie je dědičné onemocnění krve, které ovlivňuje schopnost těla vytvářet hemoglobin – protein obsahující železo, jenž tvoří hlavní složku červených krvinek.
Probíhají také klinické studie, které zkoumají, zda lze CRISPR použít k léčbě některých druhů rakoviny. Dr. Chan poznamenává, že terapie T-buněk s chimérickým antigenním receptorem (CAR) patří mezi první genové terapie schválené pro léčbu leukémie. Současný výzkum se zabývá tím, zda technologie CRISPR může tuto léčbu ještě více zefektivnit.
(is)
FOTO a ZDROJE – Nature, NIH – genome.gov, health.clevelandclinic.org, SciTech daily