(wir0man/iStock/Getty Images) Die meisten Zellen in Ihrem Körper verfügen über zwei genetische Bibliotheken; einer im Kern und der andere innerhalb der sogenannten Strukturen Mitochondrien - auch als „Kraftwerke der Zelle“ bekannt.
Bisher hatten wir nur die Möglichkeit, Änderungen an einem vorzunehmen.
Eine gemeinsame Anstrengung mehrerer Forschungsteams in den USA hat zu einem Prozess geführt, der es uns eines Tages ermöglichen könnte, die Anweisungen zu ändern, aus denen das „andere“ Genom der Zelle besteht, und möglicherweise eine Reihe von Erkrankungen zu behandeln, die sich darauf auswirken, wie wir unseren Körper mit Energie versorgen.
Die molekulare Grundlage dieses revolutionären Werkzeugs zur Genbearbeitung ist ein vom Bakterium abgesondertes Toxin namens DddA Burkholderia cenocepacia um andere Mikroben zu sabotieren, wenn der Wettbewerb um Ressourcen ernst wird.
Forscher der University of Washington interessieren sich schon seit einiger Zeit für die Fähigkeiten des Toxins und fanden heraus, dass es eine Nukleinsäurebase namens Cytosin in eine andere Base umwandelt, die üblicherweise in der RNA vorkommt und Uracil heißt.
Es ist bei weitem nicht das erste Mal, dass Forscher nach bakteriellen Waffen suchen, um Hinweise darauf zu finden, wie man die DNA auf diese Weise optimieren kann. Tatsächlich wurde bereits eine ganze Familie sogenannter Desaminasen-Enzyme in der Gentechnik eingesetzt.
Leider sind Desaminase-Enzyme meist nur leistungsfähig ihr Code-Austausch-Trick auf einzelnen DNA-Strängen.
Um dies zu umgehen, kombinierte ein anderes Forschungsteam des Broad Institute of MIT und Harvard seine Code-Swapping-Deaminase mit CRISPR Technologie, bei der eine RNA-Vorlage zur Identifizierung der Sequenz verwendet und anschließend Enzyme eingesetzt werden, um die Stränge zu entpacken und Änderungen vorzunehmen.
Das ist kein allzu großes Problem, wenn Sie Doppelstränge der DNA in etwas so Einladendem wie dem Zellkern bearbeiten möchten. Aber die RNA-Vorlagen durch die selektivere Membran eines Mitochondriums zu schmuggeln, ist nicht ganz so einfach.
Das ist, weil mehr als eine Milliarde Jahre Früher waren Mitochondrien eigenständige Organismen, und im Laufe der Zeit haben sie sich so entwickelt, dass sie die Verantwortung mit den Zellen teilen, in denen sie sich jetzt befinden, und dass ihnen die Aufgabe übertragen wurde, Glukose zur Energiegewinnung abzubauen.
Während viele mitochondriale Gene längst im Zellkern des Wirts abgelegt sind, haben diese winzigen Energieeinheiten einige wichtige Sequenzen festgehalten, die fest hinter einem Schleier aus Membranen eingeschlossen sind, die es nicht gutheißen, durch wehende RNA-Stücke hindurchzuwehen .
Glücklicherweise verfügte DddA über ein einzigartiges Talent, Änderungen an beiden DNA-Strängen vorzunehmen, was den Weg ebnete, CRISPR – und seine sperrige RNA-Vorlage – zugunsten alternativer Methoden zum Targeting der Sequenz, die Sie ändern möchten, aufzugeben.
Das dritte Teil des Puzzles kam in Form eines gentechnischen Werkzeugs der alten Schule namens a Transkriptionsaktivator-ähnlicher Effektor , oder GESCHICHTE.
Diese Enzymklasse kann so angepasst werden, dass sie bestimmte Nukleinsäurecodes findet und auseinanderbricht. Genau das Richtige, um ein Cytosin-austauschendes Toxin an seinen Platz zu bringen.
In Zusammenarbeit mit DddA kann ein speziell entwickeltes TALE-Enzym eine Zielsequenz in Mitochondrien finden und jedes gefundene Cytosin in ein Uracil umwandeln, das sich später in eine ähnliche DNA-spezifische Base namens Thymin umwandelt.
Bei Tests trat diese Änderung etwa in der Hälfte der Fälle auf.
Eine Fifty-Fifty-Änderung scheint vielleicht kein großer Gewinn zu sein, aber da es keine Anzeichen für potenziell katastrophale Änderungen außerhalb der Zielsequenzen gab, handelt es sich um ein vielversprechendes Werkzeug für die Feinmechanik.
Da es darüber hinaus keine anderen Konkurrenten für die Bearbeitung mitochondrialer Gene gibt, ist es selbst bei dieser Erfolgsquote ein Meilenstein.
So wie Mutationen in der Kern-DNA zu einer Vielzahl von Gesundheitszuständen führen können, können auch Mutationen in den Genen der Mitochondrien zu einer Vielzahl von Gesundheitszuständen führen kann auch problematisch sein , beeinflussend irgendetwas von Gehirnentwicklung bis hin zu Muskelwachstum, Energieniveau, Stoffwechsel und Immunität.
Normalerweise ( wenn auch nicht immer ) werden über die Eier der Mütter und Mitochondrien weitergegeben und alle schädlichen Mutationen können über Generationen hinweg vererbt werden. Im Moment ist das Beste, was wir tun können Zellen kombinieren von zwei verschiedenen Müttern, um betroffene Mitochondrien zu entfernen.
Aber mit dieser neuen DddA-Technologie könnten wir endlich in der Lage sein, Tiermodelle zu erstellen, die eine Reihe schwächender mitochondrialer Erkrankungen beim Menschen nachahmen. Und vielleicht können wir sie eines Tages sogar in unserem eigenen Körper reparieren.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Natur .