Tratamentele personalizate de editare a genelor ar putea transforma îngrijirea sănătății

Timp aproximativ de lectură: 8 minute

Editarea genetică este un grup de tehnologii care oferă oamenilor de știință capacitatea de a modifica ADN-ul unui organism. Aceste tehnologii permit adăugarea, eliminarea sau modificarea materialului genetic în anumite locuri din genom.

Până acum au fost dezvoltate mai multe abordări pentru editarea genomului, una dintre cele mai cunoscute fiind CRISPR-Cas9 – Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – (Repetiții palindromice scurte, grupate regulat și intercalate). Sistemul CRISPR-Cas9 a generat mult entuziasm în comunitatea științifică deoarece este mai rapid, mai ieftin, mai precis și mai eficient decât alte metode de editare a genomului.

Unul dintre primele studii celebre care a folosit CRISPR a avut loc la sfârșitul anilor 2010, când într-un laborator din Shanghai, China, s-au născut opt maimuțe macac care erau mult mai active noaptea decât ceilalți copii din colonie. Hormonii lor erau, de asemenea, neobișnuiți. Melatonina, care de obicei oscilează cu ciclul zi-noapte și ajută la somn, era la un nivel foarte instabil. Cortizolul, un hormon al stresului, era mereu ridicat. Comportamentul lor era ciudat: stăteau încremeniți în colțurile spațiului lor pentru perioade lungi de timp, fugeau speriați de îngrijitorii lor și își țineau capul în mâini – toate semne ale unei boli mintale.

Cauza stării lor a fost un experiment genetic. Atunci când maimuțele erau embrioni unicelulari, oamenii de știință au folosit instrumentele de editare CRISPR pentru a „elimina” o genă care ajută la reglarea ceasului intern al organismului. Întreruperea acesteia este legată de afecțiuni psihiatrice, cum ar fi tulburarea bipolară. Experimentul cu macacii din Shanghai a urmărit să înțeleagă modul în care genele modelează tulburările psihice și să conceapă medicamente pentru acestea. Acest lucru ar fi putut fi realizat cu tehnologia genetică mai veche a „țintirii genelor”, un proces extrem de ineficient care mai întâi introduce ADN în celulele stem și apoi în embrioni. Pentru șoareci, acest proces durează un an. CRISPR poate face acest lucru într-o lună. Același lucru este valabil și pentru adăugarea, sau „introducerea”, mutațiilor genetice.

CRISPR-Cas9 a fost dezvoltat pornind de la un sistem natural de editare a genomului pe care bacteriile îl folosesc ca mijloc de apărare imunitară. Atunci când sunt infectate cu viruși, bacteriile capturează bucăți mici din ADN-ul virușilor și le inserează în propriul ADN într-un anumit model pentru a crea segmente cunoscute sub numele de matrice CRISPR. Rețelele CRISPR permit bacteriilor să „țină minte” virușii inițiali și pe cei înrudiți cu aceștia. Dacă virușii atacă din nou, bacteriile produc segmente de ARN din matricele CRISPR care recunosc și se atașează la regiuni specifice ale ADN-ului virușilor. Bacteriile folosesc apoi Cas9 sau o enzimă similară pentru a separa ADN-ul virușilor, ceea ce îi dezactivează.

Cercetătorii au adaptat acest sistem de apărare imunitară pentru a edita ADN-ul. Ei creează o mică bucată de ARN cu o secvență scurtă „ghid” care se atașează (se leagă) de o secvență țintă specifică din ADN-ul unei celule, la fel ca segmentele de ARN produse de bacterii din matricea CRISPR. Acest ARN ghid se atașează, de asemenea, enzimei Cas9. Atunci când este introdus în celule, ARN-ul ghid recunoaște secvența de ADN dorită, iar enzima Cas9 taie ADN-ul în locul vizat. Deși Cas9 este enzima cea mai des utilizată, pot fi folosite și alte enzime (de exemplu Cpf1). Odată ce ADN-ul este tăiat, cercetătorii utilizează propriul mecanism al celulei de reparare a ADN-ului pentru a adăuga sau șterge bucăți de material genetic sau pentru a aduce modificări ADN-ului prin înlocuirea unui segment existent cu o secvență ADN personalizată.

Dr. Emmanuelle Charpentier a co-inventat editarea genetică CRISPR/Cas9. Ea și colaboratoarea sa, Dr. Jennifer Doudna, au câștigat Premiul Nobel pentru această lucrare revoluționară. Ca instrument de editare a genelor, CRISPR/Cas9 a revoluționat cercetarea biomedicală și a permis descoperiri medicale remarcabile. CRISPR/Cas9 poate fi utilizat pentru a modifica sau corecta regiuni precise ale ADN-ului nostru pentru a trata boli grave. Este exact ceea ce s-a întâmplat recent, când tehnica a fost utilizată în cazul lui KJ Mudoon, un copil născut în Statele Unite ale Americii cu o tulburare genetică rară, deficiența CPS1, care afectează doar unul din 1,3 milioane de copii. Jumătate dintre copiii cu această afecțiune mor în prima săptămână de viață și, chiar dacă ar supraviețui, copilul ar avea întârzieri severe de dezvoltare și mintale și ar avea nevoie în cele din urmă de un transplant de ficat.

Boala această genetică rară de care suferă KJ este cauzată de incapacitatea de a elimina din organism amoniacul, un produs secundar al metabolismului proteinelor. Dacă nu este eliminat, amoniacul se acumulează în sânge și ajunge în creier. Deși medicii i-au administrat lui KJ o dietă care limita foarte mult proteinele – doar atât cât să crească, pentru a minimiza cantitatea de amoniac produsă în organism de metabolismul proteinelor și, de asemenea, un medicament, glicerol fenilbutirat, care a ajutat la eliminarea amoniacului din sânge, KJ prezenta, în continuare, un risc ridicat de leziuni cerebrale sau de deces. Orice boală sau infecție îi putea crește nivelul de amoniac și provoca leziuni ireversibile la nivelul creierului.

KJ, acum în vârstă de 9 luni și jumătate, a devenit primul pacient de orice vârstă care a beneficiat de un tratament personalizat de editare genetică, potrivit medicilor săi. El a primit o “perfuzie” concepută special pentru a adresa exact mutația sa genetică.

Bolile precum cea a lui KJ sunt rezultatul unei singure mutații – o literă de ADN incorectă din cele trei miliarde ale genomului uman. Pentru a o corecta, este nevoie de o țintire precisă în cadrul unei abordări denumite editare de bază. Pentru a realiza această performanță, tratamentul este învelit în molecule lipidice grase pentru a-l proteja de degradarea din sânge în drumul său către ficat, unde va fi efectuată modificarea. În interiorul lipidelor se află instrucțiuni care comandă celulelor să producă o enzimă care editează gena. De asemenea, ele transportă acest “GPS molecular” – CRISPR, care a fost modificat pentru a se deplasa de-a lungul ADN-ului unei persoane până când găsește litera exactă din ADN care trebuie modificată.

Dezvoltarea unui editor de gene pentru tratarea pacienților este un proces deliberat care poate dura ani de zile. Dar KJ nu a avut ani de așteptat – poate doar șase luni înainte de creșterea de necontrolat a riscului de leziuni cerebrale grave sau de deces. De asemenea, echipa trebuia să se asigure că nu există alte editări genetice dăunătoare de care nu știau, în altă parte în ADN.

După administrarea “perfuziei genetice”, KJ se simte acum suficient de bine, inclusiv din punct de vedere al îndeplinirii bornelor de dezvoltare pentru un copil de vârsta lui, pentru ca echipa să înceapă să planifice externarea sa din spital și traiul la domiciliu.

Implicațiile acestui tratament merg mult dincolo de tratarea lui KJ, a declarat Dr. Peter Marks, oficialul de la Food and Drug Administration din SUA care supraveghea reglementarea terapiei genice în momentul în care acest tratament personalizat de editare a genelor a fost utilizat cu KJ. Astfel, deși tratamentul lui KJ a fost personalizat astfel încât CRISPR să găsească doar mutația sa, același tip de metodă ar putea fi adaptat și utilizat din nou și din nou pentru a corecta mutațiile în alte locuri din ADN-ul unei persoane. Ar trebui schimbate doar instrucțiunile CRISPR care conduc editorul la locul de pe ADN cu mutația care trebuie adresată. Metoda are potențialul de a fi una dintre cele mai transformaționale tehnologii existente, permițând dezvoltarea de tratamente personalizate fără a fie nevoie să se treacă prin ani de dezvoltare și testare costisitoare.

Prin urmare, editarea genomului, în special prin tehnologia CRISPR, prezintă un mare interes și aduce o speranță semnificativă pentru prevenirea și tratarea bolilor umane. În prezent, editarea genomului este utilizată în principal în celule și modele animale în laboratoarele de cercetare pentru a înțelege bolile, dar este deja explorată în cercetare și studii clinice pentru o mare varietate de tulburări genetice comune, cum ar fi boala celulelor falciforme, fibroza chistică, boala Huntington și distrofia musculară, putând transforma cu adevărat asistența medicală, după cum apreciază mulți cercetători. De asemenea, este promițătoare pentru tratamentul și prevenirea unor boli mai complexe, cum ar fi cancerul, bolile de inimă, bolile mintale și infecția cu virusul imunodeficienței umane (HIV).

Mirela Mustață, redactor executiv

Surse de documentare:

Tratamentele personalizate de editare a genelor ar putea transforma îngrijirea sănătății

Arhive

Recomandări

Link-uri utile