A CRISPR Módszerrel milyen szinten lehet átalakítani a DNS-t?

A képen is látod, ott van rajta 4 üvegcse, A, T, G és C felirattal. Meg vannak vékony csövek amik bemennek a gép belsejébe.

A felhasználó beprogramozza, hogy mi legyen a sorrend, és a gép olyan sorrendben beszívja a reagenseket egymás után, és belül összekapcsolja őket. Nem valami pici csipesszel kapcsolja, hanem ez ugyanolyan magától lejátszódó kémiai reakció, mint a pezsgőtabletta pezsgése, vagy a gyufa égése. A gép csak a megfelelő körülményeket biztosítja.

És persze nyilván nem egy darab molekulát csinál, hanem beszív mondjuk egy csomó T-t (azok ideiglensen rögzülnek valahogy, de ez most bonyolult), majd beszív egy csomó A-t, ami a már ott levő T-khez kapcsolódik, majd így tovább. Így a végén egy csomó DNS vagy RNS molekula lesz az eredmény, amit egy kis kémcsőbe belecsöppent a túloldalon. Ilyesmi lesz az eredmény:

[link]

(A gép nem címkézi fel, hanem azt az ember ragasztja rá.)

Nézd, ez egy ugyanolyan gép, mint egy konyhai mixer, csak bonyolultabb. Azt tudja összekeverni, amit a felhasználó adagol neki, olyan mennyiségben, ahogy a felhasználó megadja. A gép nem fogja magától kitalálni, hogy milyen CRISPR kell nekünk (vagy más RNS), csak végrehajtja a programot, és az alapanyagokat adott sorrendben összekeveri.

"És abban a 4 üvegcsében gondolom nukleotidok vannak?"

Igen. Kémiailag egy kicsit módosított formában, mert "pucér" nukleotidokkal nem megy a mesterséges szintézis, szóval a nukleotid plusz lóg rajta egy kicsi kémiai módosítás, ami a szintézis során elhasad.

"És maga az "összekeverési" folyamat bonyolult?"

Eléggé. Sajna nem fogunk tudni otthon DNS szintetizátort építeni. Néhány részletet szemérmesen elhallgattam, de van egy pár durva kémiai reagens, oldószer és katalizátor, amire szükség van, úgy is mint triklór-ecetsav, toluol, egyebek. Úgyhogy ez nem csak úgy összelögyböl anyagokat, mint egy mosogatógép, hanem elég komoly mérgező és káros anyagokat tol be a reakciótérbe. (Persze mindet utána kiöblíti, elvezeti, úgyhogy amikor kijön a kész cucc az ajtaján, akkor már nem füstöl belőle a toluol, de működés közben a gép belsejében nincs jó klíma.)

Elvileg igen, de nem az összes DNS-t. Génterápiának hívják azt, amikor valamilyen genetikai problémát az egyén szintjén próbálunk kijavítani. CRISPR mellett más génterápiás módszer is van (sőt, a CRISPR-nél sokkal jobb is van), de a nehézségek mindenütt hasonlóak.

Ugye egy élőlény nagyon nagyon sok sejtből áll. Arra nincs lehetőség, hogy minden sejtben megváltoztassuk a DNS-t, mert ugyan van olyan módszer, amivel be lehetne juttatni a megfelelő dolgokat a sejtekbe, de ez közel sem 100% hatékonyságú, és nem tudjuk kiterjeszteni a teljes szervezetre. És amelyikbe bejutott, ott sem zajlik le a folyamat 100% hatékonysággal. Azt meg nemigen tudjuk befolyásolni, hogy hol hogyan történik ez meg.

Jelenleg nincs olyan kád, amiben CRISPR (vagy más génterápiás) alapanyagok vannak, és ha belefekszel, akkor minden sejtben megtörténik a változás. De általában erre nincs is szükség.

Gondolj arra, hogy ugye a kék szem génje minden sejtben benne van, a vesében is, a májban is, de csak a szemben van értelme. Akkor ha kék szemet akarsz magadnak CRISPR-ezni, mennyivel egyszerűbb lokálisan, csak a szemben megcsinálni a változást. Valójában kék szemet sosem fog neked csinálni senki, de betegségekre is sokszor igaz az, hogy csak egy-egy szervben okozbak problémát a hibás gének. Ennek az az oka, hogy habár minden sejtben benne van minden gén (a hibás is), de a vese nem használja a máj-géneket, a máj nem használja a vese-géneket. Így aztán ha egy vese-gén rossz, akkor az csak a vesében fog gondot okozni. (Vannak közösen használt gének, ha egy ilyen rossz, akkor az mindenütt gondot okoz.)

Igazából egy szerv egy génjét érintő génterápiára van lehetőség, minél egyszerűbb egy szerv felépítése, annál inkább. Jelenleg a legnagyobb biztonsággal csontvelőt tudnak ilyen módon módosítani, ha valamilyen egygénes, csontvelőt érintő betegséged van. Ugyanis a csontvelőnek nincs konkrét alakja, mint monduk a szívnek, azaz ha van egy kis sejtcsomónyi megjavított csontvelő (amit belőled vettek ki és azt az egy gént megjavítottákk benne), akkor ez a maréknyi csontvelő be tudja nőni a helyet. Meg lehet próbálni helyben is megjavítani egy szervet, gerincvelőre meg szemre is vannak már génterpiás kezelések, de ezek sokszor nem teljesek (hiszen nem tudunk minden gerincvelő-sejtet eltalálni a terápiás anyaggal), és más problémák is lehetnek.

Viszont ha egy betegség minden sejtet támad akkor nem tudunk vele mit kezdeni.

Emberen kívül más élőlénynél nincs értelme a génterápiának, azaz a gének egyed-szinten történő módosításának. Ha akarunk egy zöld kutyát, akkor nincs értelme venni egy fehér kutyát és belelőni valami zöld gént. Akkor inkább venni kell egy petesejtet, belelőni a gént az egyetlen sejtbe, aztán betenni egy béranya kutyába, és várni amíg megszületik.

(Megjegyzés: a KERESZTEZÉS szót akkor használjuk, ha két egyed normális, szexuális úton hoz létre utódot, pl egy farkaskutyát keresztezünk egy labradorral. CRISPR-rel nem keresztezünk, hanem módosítunk vagy szerkesztünk.)

Én növényben még nem csináltam, csak állatban. Azt tudom, hogy maga a CRISPR/Cas9 komplex ugyanazt csinálja mindenhol, azaz elhasítja a DNS-t egy adott ponton. Ez növényben ugyanaz, tehát ha az a kérdés, hogy a CRISPR-t be lehet-e juttatni növényi sejtekbe és ott is hasít-e, akkor igen. Sőt, biztosan tudom, hogy csinálják is.

Az is biztos, hogy a növényeknek is van valamiféle DNS javító mechanizusuk, ezek elég ősiek az eukarióták között, így gondolom nagyon hasonlóak az állatokhoz. Itt biztosat nem tudok mondani, ezt meg kéne nézni egy növényélettan könyvben. A DNS javító mechanizmusok ugye azért fontosak, mert azokon múlik, hogy pontosan milyen változások történnek a hasítás után, vagyis hogy milyen genetikai változás jön létre az adott élőlényben. Ha a növényekben teszem azt hiányzk az egyik mechanizmus, ami állatokban mondjuk a kis pontmutációk létrehozását okozza, akkor egy növényben a CRISPR hasítás után nem fogunk ilyen mutációkat kapni. Ha viszont van egy másik mechanizus, ami állatokban nincs, és ami mondjuk random inszerciókat okoz, akkor növényekben olyasmit is kapunk, amit állatban nem. (Ezek csak példák, nem tudom, hogy van-e ilyesmi.)

Ami viszont nagyon más tud lenni egy növényben és egy állatban, az a ploidia-szint, azaz a kromoszómák száma. Az állati zigóta és testi sejtek mindig diploidok, azaz pontosan két kromoszómakészlet van bennük. Ami azt jelenti, hogy egy CRISPR hasítás (ami mint mondtuk nem 100% hatékonyságú), vagy az egyik, vagy mindkét kromoszómát érinti (illetve van hogy egyet sem). Egy búza ezzel szemben hexaploid, minden kromoszómából 6 van neki, ami az állatokhoz képest nagyon megvariálja az különféle kimenetelek számát és azt, hogy hogyan tesztelhetők ezek.