Strokovnjaki so poseben encim CRISPR uporabili za boj proti raku tako, da DNK rakavih celic razrežejo na koščke, s čimer sprožijo samouničenje celic. Encim je mogoče programirati tako, da prepozna določeno informacijsko RNK, na primer molekulo, ki jo proizvaja tumorska celica. Ko encim najde svojo tarčo, genom izbrane celice razreže na koščke.
Metodo sekljanja DNK, o kateri raziskovalci poročajo v reviji Nature v dveh študijah, bi strokovnjaki lahko uporabili za uničevanje tumorskih celic, ki izražajo proti zdravilom odporne mutirane beljakovine in jih je bilo doslej s klasičnimi učinkovinami težko ciljati.
»To je molekularno stikalo za izklop, ki prepozna določeno RNK. V bistvu gre za programabilno kemoterapijo.«
– pravi Yang Liu, molekularni biolog z medicinske fakultete Univerze v Utahu, avtor ene od študij.
Nemško biotehnološko podjetje Akribion Therapeutics ima že v zgodnji razvojni fazi terapijo, ki novo metodo uporablja za zdravljenje raka glave in vratu, ki ga povzroča humani papilomavirus (HPV). Cilj je, da bi bili prvi podatki kliničnih preskušanj na voljo do leta 2030, pravi Paul Scholz, soustanovitelj podjetja ter vodja raziskav in razvoja, soavtor ene od novih študij.
Bakterijski stražarji
Sistemi CRISPR se naravno pojavljajo v bakterijah in drugih mikroorganizmih, kjer delujejo kot zaščitni imunski mehanizem. Nekateri sistemi CRISPR uporabljajo RNK, ki encime, povezane s CRISPR (CRISPR-associated, na kratko Cas), usmerjajo k odsekom DNK virusov in drugih napadalcev. Encim Cas nato DNK prereže in tako uniči celico, ki je bila prepoznana kot sovražnik. Raziskovalci več kot desetletje poskušajo te sisteme izkoristiti in prilagoditi za urejanje genomov, pri čemer ustvarjajo lastne vodilne RNK, ki encime Cas usmerjajo na mesto, ki ga želijo urediti.
A vsi encimi Cas niso enaki. Pred skoraj desetimi leti so Ryan Jackson, biokemik z Državne univerze Utaha, in njegovi kolegi začeli raziskovati mehanizem delovanja beljakovine Cas z imenom Cas12a2. Kot pripoveduje raziskovalec, so v začetku predvidevali, da bo encim deloval približno tako kot druge beljakovine Cas, ki se uporabljajo za urejanje genov.
A preiskave v laboratoriju so se zapored končale z neuspehom. Znova in znova so videli, da se encim ne obnaša tako, kot bi želeli, kar se je zdelo popolnoma nerazumljivo. Jackson je sprva sumil, da so njegovi študentje nekaj pokvarili, zaradi česar se je beljakovina onesnažila. Na koncu so on in njegovi kolegi ter tudi druga raziskovalna skupina ugotovili, da je Cas12a2 res drugačen od drugih podobnih encimov.
Ko prepozna zaporedja RNK, ki se ujemajo z njegovo vodilno RNK, se sprosti in začne brez razlikovanja sekljati DNK, zaradi česar rast napadene celice preneha.
V naravi lahko to omeji širjenje okužb, ki jih povzročajo tuje celice, v populaciji. »Kako hudiča lahko narava razvije tako zapleten trik?« se sprašuje Rene Bernards, strokovnjak za tumorsko genetiko z nizozemskega Inštituta za raka v Amsterdamu. »Ampak pravzaprav je vseeno. Mi ga lahko odlično izkoristimo,« dodaja.
Drobni plačani morilci
Razvoj možnosti za uporabo tega pojava sta že začeli dve raziskovalni skupini. Obe ekipi sta se osredotočili na raka, in sicer na tumorje, ki jih poganjajo mutirane beljakovine, ki so jih strokovnjaki doslej s klasičnimi orodji težko ciljali. Ena skupina je Cas12a2 usmerila na različne RNK, ki jih proizvajajo celice, vključno s tistimi, v katerih je mutirana različica gena TP53. Ta gen mutira pri kar polovici vseh rakavih obolenj. Druga skupina je ciljala RNK, ki izvira iz mutirane različice gena KRAS. Mutirane beljakovine KRAS lahko povzročijo nenadzorovano razmnoževanje celic in so odgovorne za nekatere najsmrtonosnejše vrste raka.
Cas12a2 je v obeh primerih pokazal izjemno specifičnost: selektivno je uničil celice, ki so nosile z rakom povezane mutacije – tudi kadar se je mutacija od normalne RNK razlikovala le za eno bazo.
Metoda je delovala tudi pri človeških celicah, gojenih v laboratoriju, v živih miših pa je zmanjšala tudi tumorje, ki jih poganja mutirani TP53, in tumorje, ki jih povzroča HPV.
Od teh poskusov je do terapije, ki bi jo lahko preizkusili tudi na ljudeh, še dolga pot, poudarja Baojun Wang, sintezni biolog s kitajske Univerze Zhejiang. A delo je pomemben mejnik kot dokaz koncepta zelo obetavne tehnologije, dodaja raziskovalec. Po Liujevih besedah se lahko uporaba poleg raka razširi tudi na zdravljenje avtoimunskih in živčnih bolezni. »Določiti je mogoče veliko vrst tarč, če vsebujejo edinstveno RNK,« pravi.
Varnost na prvem mestu
Seveda je še vedno ovir, ki jih je treba premagati, preden se to lahko uresniči. Cas12a2 je treba vnesti v celice, kar ni preprosta naloga, saj gre za razmeroma veliko beljakovino. Potrebne bodo tudi dodatne varnostne preiskave, s katerimi bi zagotovili, da Cas12a2 ne škoduje zdravim celicam, pravi Wang. Vendar je encim v dosedanjih poskusih pokazal visoko stopnjo specifičnosti in uničeval le celice, ki so proizvajale mutirano RNK.
»Na splošno se tehnologija že zdaj zdi selektivnejša od številnih splošno uporabljenih metod kemoterapije, ki v telesu uničijo vsako hitro delečo se celico.«
– pravi Jingkun Zeng, biolog raka z inštitutov Gladstone v Kaliforniji in soavtor študije, ki cilja TP53. »Naša tehnologija bo precej bolj specifična,« poudarja raziskovalec.
Druga pomembna skrb je, da encim med poskusi ni uničil vseh tumorskih celic, niti pri celicah, gojenih v laboratoriju. To je nekoliko vznemirljivo, pravi Bernards, in dodaja, da bi bilo mogoče terapijo s Cas12a2 kombinirati z drugimi načini zdravljenja raka, da bi povečali učinkovitost in zmanjšali možnost, da tumor postane odporen na terapijo. Pristopi na osnovi Cas12a2 so torej še vedno v zgodnji fazi razvoja. Kot pravi Bernards: »Očitno jih je treba še izboljšati, a so zelo obetavni.«
