Shkencëtarët me sukses modifikojnë gjenetikisht qelizat individuale në kafshët e gjalla

Një metodë e provuar për të gjurmuar origjinën gjenetike të sëmundjeve është të eliminoni një gjen të vetëm tek kafshët dhe të studioni pasojat që kjo ka për organizmin. Problemi është se për shumë sëmundje, patologjia përcaktohet nga gjene të shumta, duke e komplikuar detyrën e shkencëtarëve që përpiqen të përcaktojnë kontributin e çdo gjeni të vetëm në këtë gjendje. Për ta bërë këtë, ata do të duhet të kryejnë shumë eksperimente me kafshë – një për çdo modifikim të dëshiruar të gjenit.

Studiuesit e udhëhequr nga Randall Platt, Profesor i Inxhinierisë Biologjike në Departamentin e Shkencës dhe Inxhinierisë së Biosistemit në ETH Zurich në Bazel, kanë zhvilluar tani një metodë që do të thjeshtojë dhe shpejtojë shumë kërkimin me kafshët laboratorike: duke përdorur gërshërët e gjenit CRISPR-Cas, ata bëjnë njëkohësisht disa dhjetëra ndryshime të gjeneve në qelizat e një kafshe të vetme, njësoj si një mozaik.

Ndërsa jo më shumë se një gjen ndryshohet në secilën qelizë, qelizat e ndryshme brenda një organi ndryshohen në mënyra të ndryshme. Më pas, qelizat individuale mund të analizohen saktësisht. Kjo u mundëson studiuesve të studiojnë pasojat e shumë ndryshimeve të ndryshme të gjeneve në një eksperiment të vetëm.

Për herë të parë, studiuesit e ETH Cyrihut e kanë aplikuar me sukses këtë qasje në kafshët e gjalla – veçanërisht, te minjtë e rritur – sipas një raporti të fundit të botuar në revistën Nature . Shkencëtarë të tjerë kishin zhvilluar më parë një qasje të ngjashme për qelizat në kulturë ose embrionet e kafshëve.

Për të “informuar” qelizat e minjve se cilat gjene duhet të shkatërrojnë gërshërët e gjenit CRISPR-Cas, studiuesit përdorën virusin e lidhur me adeno ( AAV), një strategji e shpërndarjes që mund të synojë çdo organ. Ata përgatitën viruset në mënyrë që secila grimcë virusi të mbante informacionin për të shkatërruar një gjen të caktuar, më pas infektuan minjtë me një përzierje virusesh që mbanin udhëzime të ndryshme për shkatërrimin e gjeneve. Në këtë mënyrë, ata ishin në gjendje të çaktivizonin gjene të ndryshme në qelizat e një organi. Për këtë studim, ata zgjodhën trurin.

Duke përdorur këtë metodë, studiuesit nga ETH Cyrih, së bashku me kolegët nga Universiteti i Gjenevës, morën të dhëna të reja për një çrregullim të rrallë gjenetik te njerëzit, i njohur si sindroma e fshirjes 22q11.2. Pacientët e prekur nga sëmundja shfaqin shumë simptoma të ndryshme, zakonisht të diagnostikuara me kushte të tjera si skizofrenia dhe çrregullimi i spektrit të autizmit . Deri më tani, dihej se një zonë kromozomale që përmban 106 gjene është përgjegjëse për këtë sëmundje. Dihej gjithashtu se sëmundja ishte e lidhur me gjene të shumta, por nuk dihej se cili nga gjenet luante rolin e saj në sëmundje.

Për studimin e tyre te minjtë, studiuesit u fokusuan në 29 gjene të këtij rajoni kromozomik që janë gjithashtu aktivë në trurin e miut. Në çdo qelizë individuale të trurit të miut, ata modifikuan një nga këto 29 gjene dhe më pas analizuan profilet e ARN-së të atyre qelizave të trurit. Shkencëtarët ishin në gjendje të tregonin se tre nga këto gjene janë kryesisht përgjegjës për mosfunksionimin e qelizave të trurit. Përveç kësaj, ata gjetën modele në qelizat e miut që të kujtojnë skizofreninë dhe çrregullimet e spektrit të autizmit. Midis tre gjeneve, njëri ishte i njohur tashmë, por dy të tjerët nuk kishin qenë më parë në qendër të vëmendjes së madhe shkencore.

“Nëse ne e dimë se cilat gjene në një sëmundje kanë aktivitet jonormal, ne mund të përpiqemi të zhvillojmë ilaçe që kompensojnë atë anomali,” thotë António Santinha, një student doktorature në grupin e Platt dhe autori kryesor i studimit.

Metoda do të ishte gjithashtu e përshtatshme për t’u përdorur në studimin e çrregullimeve të tjera gjenetike. “Në shumë sëmundje kongjenitale, shumë gjene luajnë një rol, jo vetëm një, thotë Santinha. “Ky është edhe rasti me sëmundjet mendore si skizofrenia. Teknika jonë tani na lejon të studiojmë sëmundje të tilla dhe shkaqet e tyre gjenetike drejtpërdrejt te kafshët plotësisht të rritura.” Numri i gjeneve të modifikuara mund të rritet nga 29 aktuale në disa qindra gjene për eksperiment.

“Është një avantazh i madh që ne mund t’i bëjmë këto analiza tani në organizmat e gjallë, sepse qelizat sillen ndryshe në kulturë nga mënyra se si veprojnë si pjesë e një trupi të gjallë,” thotë Santinha. Një avantazh tjetër është se shkencëtarët thjesht mund të injektojnë AAV-të në qarkullimin e gjakut të kafshëve. Ekzistojnë AAV të ndryshëm me veti të ndryshme funksionale. Në këtë studim, studiuesit përdorën një virus që hyn në trurin e kafshëve. “Megjithatë, në varësi të asaj që po përpiqeni të hetoni, mund të përdorni gjithashtu AAV që synojnë organe të tjera”, thotë Santinha.

ETH Zurich ka aplikuar për një patentë mbi teknologjinë. Studiuesit tani duan ta përdorin atë si pjesë e një spin-off që po krijojnë.

Teknika e paraqitur këtu është një nga një seri metodash të reja të redaktimit gjenetik të përdorura për të ndryshuar gjenomin e qelizave në një mënyrë të ngjashme me mozaikun. Perturbimi CRISPR është termi teknik për këtë qasje kërkimore që përfshin perturbimin e gjenomit duke përdorur gërshërët e gjenit CRISPR-Cas. Kjo qasje aktualisht po revolucionon kërkimin në shkencat e jetës. Ai bën të mundur marrjen e një sasie të madhe informacioni nga një eksperiment i vetëm shkencor. Si rezultat, qasja ka potencialin për të përshpejtuar kërkimet biomjekësore, si për shembull në kërkimin e shkaqeve molekulare të sëmundjeve gjenetikisht komplekse.

Një javë më parë, një grup tjetër kërkimor nga Departamenti i Shkencës dhe Inxhinierisë së Biosistemeve në ETH Cyrih në Bazel, duke punuar me një ekip nga Vjena, publikoi një studim në të cilin ata aplikuan turbimin CRISPR në organoidet . Organoidet janë sferoide mikroindore që rriten nga qelizat burimore dhe kanë një strukturë të ngjashme me organet reale – me fjalë të tjera, ato janë një lloj organi miniaturë. Ato janë një metodë kërkimore pa kafshë që plotëson kërkimin mbi kafshët. Për shkak se të dyja metodat – trazimi CRISPR në kafshë dhe në organoidë – mund të ofrojnë më shumë informacion me më pak eksperimente, të dyja kanë potencialin për të zvogëluar përfundimisht numrin e eksperimenteve me kafshë.