בפעם הראשונה, מדענים מוצאים דרך לבצע עריכות ממוקדות ל-DNA המיטוכונדריאלי

(wir0man/iStock/Getty Images)

רוב התאים בגוף שלך מגיעים עם שתי ספריות גנטיות; אחד בגרעין, והשני בתוך מבנים הנקראים מיטוכונדריה - ידוע גם בשם 'תחנות הכוח של התא'.

עד עכשיו, הייתה לנו רק דרך לבצע שינויים באחד.

מאמץ משולב של כמה צוותי מחקר בארה'ב הוביל לתהליך שיכול יום אחד לאפשר לנו לשנות את ההוראות המרכיבות את הגנום 'האחר' של התא, ואפשר לטפל במגוון מצבים המשפיעים על האופן שבו אנו מחזקים את גופנו.

הבסיס המולקולרי של כלי עריכת גנים מהפכני זה הוא רעלן בשם DddA, המופרש על ידי החיידק Burkholderia cenocepacia לחבל בחיידקים אחרים כאשר התחרות על משאבים הופכת רצינית.

חוקרים מאוניברסיטת וושינגטון התעניינו בכישרונותיו של הרעלן במשך זמן מה, ומצאו שהוא הופך בסיס חומצת גרעין בשם ציטוזין לבסיס אחר שנמצא בדרך כלל ב-RNA, הנקרא uracil.

זו רחוקה מלהיות הפעם הראשונה שחוקרים בחנו כלי נשק חיידקיים כדי למצוא רמזים כיצד לכוונן DNA בדרך זו. למעשה, משפחה שלמה של מה שנקרא אנזימי דמינאז כבר הוכנסה לשימוש בהנדסה גנטית.

למרבה הצער אנזימי deaminase נוטים לפעול רק טריק החלפת הקוד שלהם על גדילים בודדים של DNA.

כדי לעקוף את זה, צוות מחקר אחר ממכון ברוד של MIT והרווארד שילב את ה-Deaminase להחלפת הקוד שלהם עם CRISPR טכנולוגיה, הכוללת שימוש בתבנית RNA לזיהוי הרצף ולאחר מכן שימוש באנזימים כדי לפתוח את הגדילים ולבצע שינויים.

זו לא בעיה גדולה מדי כשאתה רוצה לערוך גדילים כפולים של DNA בתוך משהו מסביר פנים כמו גרעין התא. אבל הברחת תבניות ה-RNA דרך הממברנה הסלקטיבית יותר של מיטוכונדריון היא לא כל כך פשוטה.

זה בגלל יותר ממיליארד שנים לפני כן, המיטוכונדריה היו אורגניזמים בפני עצמם, ועם הזמן הם התפתחו לחלוק אחריות עם התאים שהם תופסים כעת, והאצל להם את העסק של פירוק גלוקוז לצורך כוח.

בעוד שגנים מיטוכונדריאליים רבים כבר מזמן תוייקו בגרעין המארח, יחידות הכוח הזעירות הללו החזיקו בכמה רצפים חשובים, שננעלו היטב מאחורי צעיף של ממברנות שלא נעים להרחיק פיסות של RNA המרחפות דרכה. .

למרבה המזל, ל-DddA היה כישרון ייחודי לבצע שינויים בשני גדילי ה-DNA, מה שפותח את הדרך לביטול של CRISPR - ותבנית ה-RNA המסורבלת שלו - לטובת שיטות חלופיות למיקוד הרצף שברצונך לשנות.

החלק השלישי של הפאזל הגיע בצורה של כלי הנדסה גנטית מהבית הספר הישן שנקרא a אפקטור דמוי מפעיל שעתוק , או TALE.

ניתן להתאים סוג זה של אנזים כדי למצוא קודי חומצות גרעין ספציפיים ולפרק אותם. בדיוק הדבר להנחית רעלן מחליף ציטוזין למקומו.

בשיתוף עם DddA, אנזים TALE בעל מבנה מיוחד יכול למצוא רצף מטרה בתוך המיטוכונדריה ולהפוך כל ציטוזין שהוא מוצא לאורציל, שיהפוך מאוחר יותר לבסיס דומה ספציפי ל-DNA הנקרא תימין.

בבדיקה, שינוי זה התרחש בערך במחצית מהזמן.

שינוי של חמישים וחמישים אולי לא נראה כמו ניצחון גדול, אבל בהתחשב שלא היו סימנים לשינויים שעלולים להיות הרות אסון מחוץ לרצפי היעד, זה מהווה כלי הנדסי דיוק מבטיח.

יתרה מכך, בהתחשב בכך שאין מתמודדים אחרים לעריכת גנים מיטוכונדריאלים, זהו הישג ציון דרך אפילו עם שיעור ההצלחה הזה.

כשם שמוטציות ב-DNA גרעיני יכולות להוביל למגוון רחב של מצבים בריאותיים, מוטציות בגנים של המיטוכונדריה יכול להיות גם בעייתי , משפיע כל דבר מ התפתחות המוח לצמיחת שרירים, רמות אנרגיה, חילוף חומרים וחסינות.

בדרך כלל (אם כי לא תמיד) עוברים דרך הביצים מאמהות, מיטוכונדריה וכל מוטציה מזיקה יכולה לעבור בתורשה לאורך הדורות. כרגע הדבר הטוב ביותר שנוכל לעשות הואלשלב תאיםמשתי אמהות שונות כדי להסיר מיטוכונדריה מושפעות.

אבל עם טכנולוגיית ה-DddA החדשה הזו, אולי נוכל סוף סוף ליצור מודלים של בעלי חיים המחקים מגוון תנאים מיטוכונדריים מתישים בבני אדם. ואולי יום אחד, אפילו לתקן אותם בתוך הגוף שלנו.

מחקר זה פורסם ב טֶבַע .

אודותינו

פרסום עובדות עצמאיות ומוכחות של דיווחים על בריאות, מרחב, טבע, טכנולוגיה וסביבה.