CRISPR-Cas9 – průlom v přírodních vědách

Zásahy genových inženýrů do dědičné informace nejrůznějších organismů zhusta připomínaly střelbu do tmy. Nikdy nevěděli, zda a kam se strefí. V posledních několika letech se genoví inženýři proměnili za střelců na slepo v genetické Vilémy Telly. Nové techniky jim dovolují přesně zacílit do obrovské dědičné informace s vysokou šancí, že vybraný cíl skutečně zasáhnou. Otevřely se tím donedávna netušené možnosti.

Zinkové prsty s nukleázou

Klasické metody genového inženýrství umožňují vnášet vybrané úseky molekuly DNA do dědičné informace nejrůznějších organismů, ale nedovolují předem určit, kam se tyto molekuly zabudují. Geny, které chtějí genoví inženýři vnést do dědičné informace živočicha, lze například ukrýt do upraveného viru. Virus je od přírody vybaven schopností zabudovávat svou dědičnou informaci do dědičné informace hostitelské buňky. Ve volbě místa, kam se „vmáčkne“, ale není příliš vybíravý. Pokud tedy použijeme upravený virus jako trojského koně, který propašuje DNA do dědičné informace savčí buňky, jsme vydáni na pospas náhodě, s jakou virus provede požadovaný trik. Virus se přitom může například nabourat do některého genu a poškodit ho.

První nástroj, který dovoloval výběr místa, kde vědci provedou zásah do dědičné informace, nabídly enzymy nukleázy propojené s bílkovinami označovanými jako zinkové prsty. Bílkovinné řetězce zinkových prstů jsou tvořeny zhruba třiceti aminokyselinami, které ion zinku drží v potřebné prostorové „prstové“ konfiguraci. Zinkové prsty jsou přirozenou součástí bílkovin, které se vážou na dvojitou šroubovici DNA a regulují aktivitu genů. V závislosti na pořadí svých aminokyselin se „prst“ váže na určitou kombinaci tří písmen genetického kódu. Pokud genoví inženýři propojili čtveřici genových prstů, získali tak „slídícího psa“ schopného „vyčmuchat“ v miliardách písmen genetického kódu dědičné informace buňky kombinaci dvanácti písmen genetického kódu. Těch nemusí být v celé dědičné informaci mnoho. V ideálním případě se tam nachází jen jedna jediná.

Když se na „lokomotivu“ z několika zinkových prstů připojí „vagonek“ v podobě enzymu nukleázy, zaveze „lokomotiva“ nukleázu v dědičné informaci do vybrané „stanice“ s přesně stanoveným pořadím písmen genetického kódu. Tam odvede enzym svou práci a přestřihne vlákno DNA. Buňka toto poškození DNA zjistí a zahájí jeho opravu. Často se přitom dopustí chyby a dané místo DNA opraví špatně. Pokud byla cílová „stanice“ pro „vlak“ ze zinkových prstů a nukleázy zvolena uvnitř důležité části genu, je tento gen vážně poškozen a vyřazen z činnosti. Z toho, jak se po takovém „knokautování“ genu chovají buňky či celý organismus, vědci usuzují, k čemu je gen dobrý.

Pokud se do buňky kromě „lokomotivy“ zinkových prstů s „vagonkem“ nukleázy dostane i vybraný úsek DNA, může buňka tuto cizí DNA použít jako záplatu při opravě „díry“ vytvořené v DNA nukleázou. Tak se dostane cizí dědičná informace na přesně vybrané místo.