Přichází Gattaca I: Revoluce CRISPR a genové hrátky s krvinkami | E15.cz

Přichází Gattaca I: Revoluce CRISPR a genové hrátky s krvinkami

Přichází Gattaca I: Revoluce CRISPR a genové hrátky s krvinkami
vědec, ilustrační foto
• 
ZDROJ: Profimedia.cz
21. srpna 2016 • 13:00

Chladný svět určený pravděpodobností. Chladný svět, kde o celém vašem životě rozhoduje sekvence písmen ve vaší DNA, která s vypočtenou přesností určuje talent, zábavu, sny i smrt. Svět, ve kterém je nevýhodou, pokud jste přímým produktem vášnivé lásky svých rodičů, protože ty nejlepší z nás namixovali genetici ve zkumavce. Svět, ve kterém místo občanky i testu studijních předpokladů nosíte svou krev.

Když se řekne „genová modifikace lidských buněk“, možná si vybavíte podobně děsivé vize budoucnosti, jaké zobrazili tvůrci ve známém sci-fi snímku Gattaca. Genová terapie je přitom v Evropě povolená už od roku 2012 a letos v červnu dostala od komise RAC (Recombinant DNA Advisory Committee) zelenou první studie, která chce k modifikaci lidských buněk používat revoluční technologii CRISPR s cílem pomoci pacientům s dosud neléčitelnými nádory. Máme se začít obávat? A je vůbec čeho? Co je CRISPR a proč se vědci tak těší, až budou geneticky modifikovat bílé krvinky onkologických pacientů?

Přichází Gattaca II: Revoluce CRISPR a genové hrátky s krvinkami
 

Odpověď zajímá nejen sci-fi fanoušky a futurology. Jenže než dojde na odpovědi, je třeba vědět, na co se vlastně ptát – k pochopení světa dnešní biologie už (naštěstí) dávno nestačí taxonomické zařazení pampelišky.

DNA – neboli deoxyribonukleová kyselina – je základní nositelkou genetické informace. Sama se skládá z chemicky pospojovaných jednotek, tzv. nukleotidů, které se dělí na čtyři druhy – adenin, guanin, tymin a cytosin neboli A, G, T a C. Tato čtyři písmenka (či přesněji jejich pořadí) pak tvoří dohromady to, čemu říkáme genetický kód. Kopii celé naší DNA, tedy naše geny, v sobě nese téměř každá buňka lidského těla. Geny, to jsou vlastně úseky DNA , které vytvářejí produkt RNA neboli kyselinu ribonukleovou. Ta se stejně jako DNA skládá z „písmen“ tvořících kód. A podle návodu ukrytého v „písmenech“ RNA se tvoří poté i protein. Nic víc. Neexistuje gen pro krásu nebo zločin, pouze gen pro protein nebo jiný protein a společně tak tvoří nás.

Doktorandka biofyzikální chemie Šárka Pokorná: Dobrá věda musí být kreativní
 

Genová terapie láká medicínu od začátku genetiky. Ne snad proto, že by lékaři chtěli vytvářet Supermany a Hulky jako na běžícím páse (minimálně ti vyrovnaní určitě ne), ale především proto, že medicína zná mnoho chorob, kde chyba byť jen v jediném genu nositele stojí jeho život – a jiná pomoc než oprava chybného genu nepřipadá v úvahu. Zdánlivě jednoduchý nápad ale naráží na spoustu problémů. Už jen doručit správný gen do potřebných buněk není snadné, zvláště když těmi „správnými“ buňkami jsou třeba i všechny buňky těla. Problémem je i samotné „vložení“ funkčního genu do naší DNA přesně na místo porouchaného genu a rozhodně ne jinam. Tohle, jak se zdá, řeší nová technologie CRISPR.

Učíme se od bakterií

Jestli čekáte datum publikace a slavná jména autorů, kteří vymysleli CRISPR, budete zklamáni. CRISPR tu je od nepaměti: jedná se o imunitní systém bakterií. Stejně jako naše těla i bakterie občas čelí útokům virů, tzv. bakteriofágů, nebuněčných malých mršek, které nejsou nic jiného než kousek nukleové kyseliny v obalu. Ten je tvarován tak, aby virovou DNA vpravil do nebohé bakterie, kde se za použití vlastních proteinů bakterie namnoží virová DNA.

Autofagie: Když se buňka sama požírá
 

Stejně jako my ani bakterie o nezvanou návštěvu nestojí a snaží se nepřítele co nejrychleji zlikvidovat. A přestože bakterie nemá k dispozici imunitní buňky (bakterie nemá ani kostní dřeň, ve které by imunitní buňky vznikly, vlastně nemá nic jiného než svou buněčnou stěnu a DNA), příroda i v tomhle případě ukázala, jak umí být úžasná, překvapivá a vynalézavá.

Stvořila CRISPR neboli „clustered regularly interspaced short palindromic repeats“, jak zní celý anglický název, který celkem jasně vysvětluje, proč se více ujala zkrácená verze. CRISPR nejsou nic jiného než krátké úseky písmen DNA, které se několikrát opakují a po nichž následuje kousek virové DNA, kterou si bakterie uložila do své „DNA paměti“. A pak další opakování a zase kousek viru. A opakování a vir.

Ve chvíli, kdy do bakterie opět vstoupí bakteriofág, bakterie podle návodu zapsaného v CRISPR syntetizuje RNA, kterou poté ještě s využitím „stříhacích proteinů“, tzv. nukleáz (např. Cas9), rozstříhá na kratší kousky. Ty se pak navážou na DNA viru a s pomocí Cas proteinu útočníka zlikvidují. Říká se, že je dobré poznat svého nepřítele: bakterie to dotáhly k dokonalosti, když jeho části začlenily do své DNA. Přesně tímhle se teď chtějí inspirovat i lidé a jednoduchý systém chtějí využít i pro řešení problémů, za které bakteriofágy nemohou.

Základní vlastností CRISPRu je jeho přesnost. RNA syntetizovaná podle vzoru v DNA se umí přesně navázat na DNA se stejným pořadím nukleotidů, neboli se stejnou sekvencí, jakou měla původní „mateřská“ sekvence. A je v zásadě jedno, jestli je tato sekvence kouskem viru plujícím v buňce anebo součást velké DNA molekuly v jádře buněk lidských.

V roce 2012 přišly vědkyně Jennifer Doudna a Emmanuelle Charpentier na revoluční nápad: použít trochu upravený systém CRISPR/Cas9 jako nástroj genové editace. Tedy jako nástroj, který by přesně zacílil a rozstřihl libovolnou sekvenci v DNA. Na rozdíl od předešlých složitých systémů s neuspokojivou efektivitou, která se pohybovala někde mezi 1 až 50 procenty, u CRISPR/Cas9 stačí kousek RNA nasyntetizovaný „na míru“ a jeden trochu upravený protein. Výsledná efektivita se už v začátku metody vyšplhala na více než 70 procent (prostor pro vědecké „waaauuu“). A společně s objevem a nadšením přicházejí i nápady: CRISPR/Cas9 k léčbě HIV, CRIPSR/Cas9 jako nová antibiotika. Nebo možnost genové terapie.

Jak pomoci imunitnímu systému

Přeskočme teď na chvíli od nejnovějších úchvatných objevů ke komplexní síti našich imunitních buněk a k tomu, proč čím dál tím více lidí, kteří se zajímají o léčbu nádorů, oprašuje své učebnice imunologie. Vše začalo (a na dlouhou dobu pak i skončilo) v roce 1868, když německý lékař Busch zkoušel léčit nádor svého pacienta tím, že mu k onkologickému onemocnění „přihodil“ ještě bakteriální infekci. Tento zdánlivě šílený nápad pak s jiným druhem bakterií zopakoval ještě v roce 1891 W. B. Coley – a přestože jeho pacienta stál experiment zpočátku několik vážných ataků infekce, nakonec na rozdíl od toho Buschova nejenže přežil, ale jeho nádor opravdu zmizel.

Po letech sporů o tom, zda má imunitní systém vůbec nějakou roli v boji proti nádorům – těmto ostrůvkům „zblázněné tkáně“, která ve své DNA nahromadila tolik mutací, že se vymkla veškerému dozoru a začala nekontrolovaně růst –, je asi definitivně jasno. Má. Ovšem sám, bez naší vnější pomoci, zvládá kontrolovat pouze první „poblázněné“ buňky. Ve chvíli, kdy se vytvoří nádor, který zvládají najít naše zobrazovací metody, a kdy se pacient dostává do ordinace onkologa, je náš imunitní systém už bezmocný. Ovšem s tím, jak lépe dokážeme porozumět všem mechanismům, které náš imunitní systém brzdí nebo které využívá v boji s infekcí i nádorem, přicházejí další a další nápady, jak imunitě v boji pomoci. Některé z těchto návrhů se už ujaly v onkologické praxi. Například tzv. checkpoint inhibitory už dnes prodlužují život mnoha pacientům s melanomem nebo nádorem plic.

Jak povzbudit T-lymfocyty

Jedním z těchto zatím teoretických nápadů je použít pacientovy T-lymfocyty. To jsou buňky, které umí pomocí svých receptorů cíleně vyhledat jiné buňky a následně je zabít. Receptory rozpoznávají nebezpečné buňky podle tzv. antigenů, tedy kousků proteinů, které buňka běžně tvoří, a pokud je zdravá, vystaví je na svém povrchu ke kontrole. Tělo zvládá samo vytvořit miliony různých receptorů T buněk. Ty jsou teoreticky schopné rozpoznat v podstatě jakýkoliv antigen na planetě, tedy včetně antigenů na zdravých buňkách. To se nám sice tak docela nehodí, ostatně kdo by chtěl mít ve svém těle tisíce buněk zabíjejících jiné zdravé buňky, ale právě proto si tělo vytvořilo řadu důmyslných kontrolních mechanismů, které tzv. autoreaktivní lymfocyty brzdí, znemožňují jim práci, anebo vůbec nedovolí, aby takové T-lymfocyty vznikly.

Kontrola našeho těla je skvělá, pokud se chceme vyhnout autoimunitnímu onemocnění. Méně super ovšem je, že nádorové buňky jsou pořád buňkami našeho těla – sice zmutované, zblázněné a vymykající se pravidlům a systému, ovšem pořád naše. A s našimi buňkami tedy sdílí i spoustu svých antigenů, přesně ty, pro které naše tělo nenechá vytvořit receptory na T-lymfocytech a zablokuje je, pokud se pokusí na nádor zaútočit. A přesně tuto nepříjemnou situaci se teď pokouší vědci obejít.

Postupují přitom tak, že odeberou T-lymfocyty z pacientova těla a vylepší je receptorem specifickým pro tzv. NY-ESO-1. Tento NY-ESO-1 (neptejte se mě, kdo vymýšlí ty názvy…) je protein, který se často objevuje na buňkách některých nádorů, ale v drtivé většině případů se vyhýbá buňkám zdravým, snad s výjimkou varlat. Moc tedy nehrozí, že by T-lymfocyty společně s nádorem likvidovaly i pacienty – spekulovat můžeme maximálně o ohrožení varlat, ty jsou ale před imunitou chráněny a navíc, pokud vás ohrožuje nádor, jde zdraví varlat stranou, byť by se někteří hádali.

O vložení umělého receptoru pro NY-ESO-1 se vědci pokoušeli už dříve, ovšem po počátečním úspěchu následovala studená sprcha. T-lymfocyty vpravené do pacienta přestaly být po nějakém čase efektivní, přestaly se množit a boj s nádorem tak nevyhrály. Proto se vědecký tým rozhodl strategii ještě doladit. Za pomoci CRISPR plánují narušit gen pro původní receptor T-lymfocytů tak, aby ten „umělý“ nic nerušilo v práci – tím, že se T-lymfocyty budou v tu chvíli zabývat jen nevýznamnými nenádorovými antigeny.

Součástí tohoto plánu je také to, že vědci naruší gen pro PD-1 (celým názvem Programmed cell death receptor protein 1). Tato látka je molekulou na povrchu lymfocytů a původně měla sloužit jako další regulační mechanismus. Po navázání molekuly PD-L1 (neboli nepříliš originálně Programmed cell death ligand 1) byl lymfocyt utlumen nebo dokonce donucen spáchat buněčnou sebevraždu, tedy apoptózu. Proto tedy „receptor smrti“ a jeho ligand, vázající se molekula.

Celý systém se tak snaží zabránit hyperaktivním lymfocytům v nadměrné reakci, která by poškodila zdravé tkáně. I některé nádorové buňky dokáží produkovat PD-L1 a blokovat nebo rovnou zabíjet jakékoliv T-lymfocyty, které by na ně chtěly zaútočit. Pokud ale narušíme gen pro PD-1 přímo v T-lymfocytech, nebude nádorovým buňkám jejich obrana s pomocí PD-L1 nic platná: T-lymfocyty nebudou mít, čím by na ligand zareagovaly, a imunitní buňky vybavené správným receptorem si budou moci ničím nerušeně útočit na každou nádorovou buňku, kterou naleznou. Snad.

Tak s tím alespoň počítá teorie. Dvouletý výzkum, který chce novou strategii vyzkoušet na 18 neléčitelných pacientech s myelomem, sarkomem nebo melanomem už získal povolení od komise RAC. Chybí mu ale ještě souhlas etických komisí a povolení od amerického úřadu pro kontrolu potravin a léčiv FDA. Teprve potom se může pokusit dokázat, jak a jestli vůbec dokáže CRISPR zatočit nejen s bakteriofágem, ale při správném použití i s nádory.

Co přijde dál? Konečně opravdový lék na HIV i genetická onemocnění? Modrooké blonďaté děti na objednávku? Bude možné upravovat buňky přímo v těle, ne jen ve zkumavce? Brání nám v tvorbě superhrdinů etika, technologie nebo příroda sama? Uvidíme – v dalším díle minisérie „Přichází Gattaca“.

Šárka Hamplová: Proč jsou ploštice důležitější než čtenářská gramotnost?
 

Autor: Eliška Selingerová
 
Newsletter
Využijte služby
zasílání zpráv do vaší
e-mailové schránky!