Egy japán kutatócsoport forradalmi áttörést ért el a génszerkesztés területén: felfedezték, hogy apró ezüst nanorészecskék segítségével sokkal pontosabban és megbízhatóbban lehet vágni a DNS-t, mint az eddig használt hagyományos enzimekkel. Az új eljárással a levágott DNS-darabok akár ötször hatékonyabban illeszthetők össze, ami óriási lökést adhat a gyógyászati kutatásoknak.
A géntechnológia és a génszerkesztés (például a növénynemesítés vagy a genetikai betegségek kezelése) alapja egy látszólag egyszerű „kivágás és beillesztés” (cut and paste) művelet: egy kiválasztott ponton elvágnak egy DNS-láncot, majd a keletkezett réshez egy másik szekvenciát csatolnak.
A darabok összekapcsolása a vágásnál keletkező úgynevezett „ragadós végek” (az egyszálú DNS rövid, túlnyúló szakaszai) minőségén múlik. Két, egyező túlnyúló résszel rendelkező DNS-fragmens megtalálja egymást és párosodik. Ahhoz azonban, hogy megfelelő ragadós végek jöjjenek létre, milliméteres pontossággal a megfelelő helyen kell elvágni a szálat – és a jelenlegi eszközök éppen ebben nem elég jók.
A hagyományos megközelítés speciális enzimeket (restrikciós enzimek) használ a DNS hasítására, és egy ligáznak nevezett enzimet az összekapcsolásra. Az enzimek azonban csak bizonyos DNS-szekvenciákat képesek felismerni, így a hasítási hely nem választható meg szabadon. Ráadásul az enzimek hajlamosak túl rövid (gyakran csak négy bázisból álló) túlnyúlásokat hagyni, ami nem biztosít elég „kapaszkodót” a két töredéknek, drasztikusan csökkentve az illesztés hatékonyságát.
Előrelépés egy 30 éves ötlet leporolásával
A Nagojai Egyetem kutatói (Hiroshi Abe professzor és Masahito Inagaki adjunktus) a Gifu Egyetemmel (Natsuhisa Oka professzor) együttműködve egy kémiai alternatívát kerestek. Ehhez egy 1990-ben felfedezett, de háttérbe szorult reakcióhoz nyúltak vissza, amelyben ezüstionokkal vágtak el kémiailag módosított DNS-t. Bár a vágás maga az eredeti kísérletekben is működött, az ezüstionok sajnos oda is tapadtak, ahova nem kellett volna, a DNS-nek pedig alig 14 százalékát lehetett visszanyerni. Ezt az akadályt a japán csapat úgy hidalta át, hogy ionok helyett ezüst nanorészecskéket használt, amelyeket egy centrifuga segítségével könnyedén el lehetett távolítani a keverékből.
Bár a részecskék magas (70-95 °C) hőmérsékleten kiválóan vágtak, ez a hőség elpusztította volna a hosszú DNS-molekulákat. A megoldást egy egyszerű trükk jelentette: a nanorészecskéket polietilénglikollal (PEG), egy vízben oldódó – hashajtókban és bőrápolókban is használt – polimerrel vonták be. A bevonat révén a kutatóknak sikerült optimalizálniuk a reakciót, így az eljárás mindössze 1-2 óra alatt, alacsony (50 °C) hőmérsékleten is 91 százalék feletti hasítási hatékonyságot ért el.
Öntisztuló töredékek és robusztus illesztés
A nanorészecskékről kiderült, hogy egy váratlan, de roppant hasznos mellékhatással is bírnak. A vágás során keletkező nemkívánatos, „szemét” DNS-fragmensek hozzátapadtak a nanorészecskék felületéhez (amit utána kicentrifugáztak), míg a hasznos, ragadós végeket hordozó fragmensek szabadon maradtak az oldatban. Ez a beépített „öntisztuló” elválasztás a korábbi 14 százalékról lenyűgöző 98 százalékra emelte a hasznos DNS végső visszanyerési arányát.
Mivel a kémiai vágás helye szabadon megválasztható (ellentétben az enzimes módszerrel), a ragadós végek sokkal hosszabbra hagyhatók. A japán csapat sikeresen hozott létre 8, sőt 18 bázispár hosszúságú túlnyúlásokat. A 18 bázispáros végek esetében az illesztési hatékonyság elérte a 44 százalékot, szemben a hagyományos (4 bázispáros) módszer 8 százalékos értékével. Ez az ötszörös hatékonyságnövekedés komoly áttörés.
A Nucleic Acids Research folyóiratban publikált módszert emberi (HeLa) sejtekben is sikeresen tesztelték: zöld fluoreszcens fehérjét (GFP) kódoló DNS-t építettek be a sejtekbe, amelyek ezt követően a várakozásoknak megfelelően világítani kezdtek. Ez bizonyítja, hogy a kémiai vágással és illesztéssel előállított DNS biológiailag teljesen működőképes.
A következő lépés a genomszintű építkezés
Bár az eredmények magukért beszélnek, a kutatók hangsúlyozták, hogy a jelenlegi módszert eddig csak két DNS-fragmens összekapcsolására tesztelték. A genomszintű szerkesztéshez azonban egyszerre sok töredék egyidejű összekapcsolására van szükség. „Megmutattuk, hogy két DNS-fragmentum stabilan összekapcsolható. Most azt kell vizsgálnunk, hogy több fragmens is összekapcsolható-e egyszerre, mert ez a kulcsa a genomszintű DNS felépítésének” – tette hozzá Inagaki.
Ha ez a lépés is sikerül, a megbízható és nagy hatékonyságú DNS-összeszerelés megoldhatja a modern gyógyszerkutatások egyik legnagyobb szűk keresztmetszetét. A kutatók szerint a módszert hamarosan a rákellenes mRNS-vakcinák, a génterápiák és az új generációs fehérjegyógyszerek fejlesztésében alkalmazhatják – Earth.com
