Egyszerre több millió szerkesztést végez az új génszerkesztő rendszer.
A CRISPR mára viszonylag közismert génszerkesztő eljárás, ami nem csak új korszakot nyitott a génkutatásban és Nobel-díjat ért a feltalálóinak, rákgyógyításra is alkalmazzák, miközben az otthoni kísérletezők előtt is megnyitotta a biohackelést.
A Harvard kutatói által májusban bemutatott eljárás hasonló forradalmat indíthat. A retron könyvtár rekombináció (RLR) egyszerre több millió szerkesztést végez, és ha kell, meg is jelöli a változtatásokat.
George Church szintetikus biológus és csapata a baktériumok szervezetének egy különös részét, a retronokat állították a tudomány szolgálatába. Jelenleg csak baktériumokban alkalmazzák, de a CRISPR ezen a szinten kezdte nemrég.
Először lássuk a CRISPR-t. Eredeti változata egy RNS-ből és egy fehérjéből áll. Az RNS a megfelelő helyre kormányozza a Cas nevű fehérjét, amely egy molekuláris ollóként kivágja a megfelelő DNS-részletet, inaktiválva például egy gént. A továbbfejlesztett CRISPR nemcsak több kivágást tud egyszerre végrehajtani, de a magával vitt mintával helyettesíti a kivágott részt.
A sejtek évmilliók alatt kifejlődött makacs dolgok, amiket nem lehet egy apró változtatással gyógyszerek vagy bioüzemanyag termelésére átállítani. Viszont minél sokrétűbb és összetettebb a szerkesztés, annál nagyobb a hibalehetőség. Ráadásul a sejtek gyorsan osztódnak, és jó lenne, ha megmaradnának a szerkesztések a később generációkban. A CRISPR-rendszernek mindez már komoly kihívást jelent.
A retronokat 1984-ben fedezték fel, és pontos funkciójuk máig ismeretlen, egyes feltételezések szerint a baktériumok immunrendszereként működnek. Felépítésüket tekintve egyszálú DNS-szalagok, amelyek a megfelelő pillanatban közbeléphetnek – ez a pillanat az, amikor a DNS kettős spirálja kettéválik, például osztódáskor.
A mi örökítőanyagunk két szál spirállá tekeredett DNS-ből áll, amelyek 23 kromoszómába csomagolódnak, amiket párosával tartalmaznak a sejtek. Sejtosztódáskor a kromoszómák lemásolódnak, és a folyamat közben a párok géneket cserélnek – ezt nevezik rekombinációnak. Ezen a ponton ugranak be a retronok, amik a rekombináció során a DNS felvágása nélkül képesek változtatni.
A történet persze nem egyszerű: akárcsak a CRISPR, az RLR is több komponensből áll. A DNS-részlethez két fehérje tartozik, egy RT (reverz transzkriptáz enzim) és egy SSAP (egyszálú DNS javító enzim) – ezekkel együtt lesz a retronból szerkesztésre kész ssDNS.
A retron önmagában nem hatékony: ezerből egyszer íródott át osztódáskor, a működéséhez szükség van a fehérjék bűvészmutatványaira. Érdemes lekapcsolni az ssDNS-ekre vadászó fehérjéket gyártó géneket is, így 90 százalékra nő a génátírási siker aránya.
Az RLR egyik hasznos trükkje, hogy a DNS-be azonosítókat – ha úgy tetszik, vonalkódokat – helyezhetnek el. Miután egy tucat különböző RLR-rel lebombáznak egy sejtet, az osztódást követően szekvenálás segítségével könnyen megállapítható, mely változtatások mentek át sikeresen a következő generációba.
Az RLR azért nem utolérhetetlen. Nem működik például nem osztódó sejtekben, mind például az idegsejtek. Konkurenciát jelent neki a legújabb CRISPR-fejlesztés, a CRISPRoff és a CRISPRon, ami beleollózás nélkül tud géneket ki- és bekapcsolni. Ez utóbbival a metiláció révén tudnak géneket kikapcsolni, aminek hatása akár 450 generáción keresztül megmaradt, ráadásul sikeresen alkalmazták az Alzheimer-kórt okozó fehérjék termelésének leállítására.
Az RLR nagy előnye, hogy nagy léptékben működik.
Csoportosított, vonalkódolt mutáns könyvtárakkal az RLR több millió kísérlet egyidejű elvégzésére képes, amivel megfigyelhetők a mutációk és a mutációk egymásra gyakorolt hatásai
– mutatott rá Church.