Του Χαράλαμπου Μυλωνά,
Πριν από έναν χρόνο, έλαβε χώρα μία από τις σημαντικότερες απονομές στην ιστορία της επιστήμης. Συγκεκριμένα, στις αρχές Νοεμβρίου του 2020, οι Βιολόγοι Emmanuelle Charpentier και Jennifer Doudna βραβεύθηκαν με το Nobel Χημείας 2020 για την ανακάλυψη της τεχνολογίας CRISPR/Cas9. Ενώ η Charpentier μελετούσε το βακτήριο Streptococcus pyogenes, παρατήρησε ότι το μόριο tracrRNA αποτελούσε μέρος του ανοσοποιητικού συστήματος του οργανισμού CRISPR/Cas. Παράλληλα, η Doudna προσπαθούσε να εξηγήσει τη δομή και λειτουργία των RNA ενζύμων. Η συνάντηση των δύο απεδείχθη εξαιρετικά δημιουργική, αφού ανέπτυξαν την τεχνολογία CRISPR/Cas9, η οποία δίνει τη δυνατότητα, μεταξύ άλλων, επιλεκτικής κοπής οποιασδήποτε αλληλουχίας DNA σε μία συγκεκριμένη θέση. Τι είναι, όμως, η τεχνολογία CRISPR/Cas9 και πώς λειτουργεί;
Στις αρχές της δεκαετίας του ’50, ερευνητές παρατήρησαν πως ορισμένα βακτήρια έχουν τη δυνατότητα να αποικοδομούν το ξένο DNA που εισέρχεται σε αυτά, όπως αυτό ενός βακτηριοφάγου (bacteriophage), με τη βοήθεια ενζύμων που ονομάζονται περιοριστικές νουκλεάσες ή νουκλεάσες περιορισμού. Οι τελευταίες παράγονται από τα ίδια τα βακτήρια και διασπούν το ξένο DNA που εισέρχεται στον οργανισμό αναγνωρίζοντας συγκεκριμένες νουκλεοτιδικές αλληλουχίες. Σημειωτέoν, το βακτηριακό DNA προστατεύεται από αυτήν τη διάσπαση με μεθυλίωση (χημική αντίδραση) των συγκεκριμένων αλληλουχιών αναγνώρισης.
Το CRISPR/Cas9 αποτελεί μία τεχνολογία επεξεργασίας γονιδιώματος που αποτελείται από ένα RNA μόριο-οδηγό και μία νουκλεάση περιορισμού, την Cas9. Το πρώτο είναι σχεδιασμένο ώστε να ταιριάζει με το γονίδιο-στόχο και η πρωτεΐνη είναι υπεύθυνη για το τεμάχισμα δίκλωνων αλληλουχιών DNA, επιτρέποντας τη γονιδιωματική επεξεργασία. Θα μπορούσαμε να φανταστούμε το CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats) σαν ένα «αρχείο» καταγραφής αλληλουχιών DNA, με τη βοήθεια των οποίων αναγνωρίζεται το ξένο DNA (π.χ. ενός ιού εισβολέα), το οποίο στη συνέχεια αποδομείται με την επιστράτευση της Cas9. Έτσι, η Cas9 καθοδηγείται στην προς διάσπαση αλληλουχία μέσω του προαναφερθέντος μονόκλωνου μορίου οδηγού RNA, του sgRNA (single guide RNA), το οποίο συνδέεται στο γονίδιο-στόχο μέσω μίας αλληλουχίας που διαθέτει, μήκους 18-20 νουκλεοτιδίων, στο 3’ άκρο του.
Το CRISPR/Cas9 δεν είναι η μοναδική τεχνολογία επεξεργασίας γονιδιώματος. Σαφώς, υπάρχουν κι άλλες, όπως τα ZFNs και τα TALLENs. Ωστόσο, το CRISPR/Cas9 εμφανίζει κάποια πλεονεκτήματα, όπως ευκολία προσαρμογής, καλύτερο μοτίβο διάσπασης και μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα. Παράλληλα, επιτρέπει την επεξεργασία γονιδιώματος με ακρίβεια μίας βάσης!
Δεδομένων αυτών, γίνεται καταληπτή και η τεράστια συνεισφορά της τεχνολογίας αυτής στη βιομηχανία τροφίμων, αλλά και την καταπολέμηση πολλών ασθενειών, όπως των αιμοσφαιρινοπαθειών, του HIV, της κυστικής ίνωσης, της μυϊκής δυστροφίας Duchenne, ακόμα και του καρκίνου.
To CRISPR/Cas9 θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αποτελεσματική αντιμετώπιση του HIV, καθώς η αντιρετροϊκή θεραπεία δεν παρέχει 100% θετικά αποτελέσματα, λόγω της μόνιμης ενσωμάτωσης του γονιδιώματος του ιού στο γονιδίωμα του ασθενούς. Το CRISPR επιτρέπει την απενεργοποίηση του γονιδιώματος του ιού, το οποίο συνεχίζει να εκφράζεται και να αντιγράφεται δίχως να δημιουργεί πρόβλημα. Επίσης, άλλος ένας τρόπος με τον όποιο η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να βοηθήσει στην καταπολέμηση του HIV, είναι η ανοσοποίηση των κυττάρων έναντι σε αυτόν. Τέλος, έπειτα από περαιτέρω μελέτες, ίσως να είναι δυνατή και η κατασκευή βλαστοκυττάρων, γενετικά τροποποιημένων, ούτως ώστε να επιτρέπουν την αποφυγή μόλυνσης.
Σε ό,τι αφορά την καταπολέμηση του καρκίνου, μελέτες έδειξαν πως το CRISPR/Cas9 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή γενετικά τροποποιημένων ανοσοποιητικών κυττάρων, τα οποία μπορούν, μέσω γονιδιακής θεραπείας, να εισαχθούν στο σώμα του πάσχοντος και να αντιμετωπίσουν τον όγκο. Ο θεραπευτικός αυτός τρόπος έχει μελετηθεί αρκετά και είναι πολλά υποσχόμενος. Μία ακόμα προσέγγιση αποτελεί η γενετική επεξεργασία βασικών Τ-λεμφοκυττάρων με το CRISPR/Cas9.
Συμπεραίνοντας, αντιλαμβανόμαστε πως η τεχνολογία CRISPR/Cas9 έχει πολλά να προσφέρει, τόσο σε ιατρικό όσο και παραγωγικό επίπεδο. Ωστόσο, ακόμη δεν μπορούμε να πούμε τίποτα με σιγουριά. Μελέτη του 2017, στο περιοδικό Nature έδειξε πως η in vivo γενετική επεξεργασία με CRISPR/Cas9, μπορεί να επιφέρει απρόσμενες μεταλλαγές στο DNA. Συνεπώς, έχουμε πολύ δρόμο μπροστά μας μέχρι την ασφαλή εκτεταμένη χρήση του. Παρόλα αυτά, η περαιτέρω έρευνα και μελέτη αυτής της τεχνολογίας καθίσταται ως επιτακτική ανάγκη και ένα κεφαλαιώδους σημασίας εγχείρημα.
ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ
- Νόμπελ Χημείας 2020: βακτηρίδια, διδάξτε μας σοφία!, kathimerini.gr. Διαθέσιμο εδώ
- A CRISPR view of the 2020 Nobel Prize in Chemistry, jcl.org. Διαθέσιμο εδώ
- B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, D. Morgan, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, «Μοριακή Βιολογία του Κυττάρου», Utopia Publishing, Athens, 2018.
- HOST CONTROLLED VARIATION IN BACTERIAL VIRUSES, Journal of Bacteriology. Διαθέσιμο εδώ
- What is CRISPR/Cas9?, Archives of Disease in Childhood. Education and Practice Edition. Διαθέσιμο εδώ
- Genome engineering using CRISPR-Cas9 system, nature.com. Διαθέσιμο εδώ
- Programmable base editing of A•T to G•C in genomic DNA without DNA cleavage, nature.com. Διαθέσιμο εδώ
- Applications of genome editing technology in the targeted therapy of human diseases: mechanisms, advances and prospects, nature.com. Διαθέσιμο εδώ
- Unexpected mutations after CRISPR-Cas9 editing in vivo, nature.com. Διαθέσιμο εδώ
