Genų terapijos tikslas – tam tikras ligas lemiančius blogus žmogaus genus pakeisti gerais, kad ligą sukelianti priežastis būtų pašalinta, o genų inžinerija ir atsirado dėl gebėjimo karpyti DNR molekules, sako Vilniaus universiteto Biotechnologijos instituto tyrėjas Giedrius Sasnauskas. „Tai procesas, kai pagal žmogaus poreikius pertvarkoma tam tikro gyvo organizmo genetinė medžiaga. Geną tam tikrose vietose galima iškirpti ir iškirptą DNR gabalą perkelti į kitą organizmą. Pavyzdžiui, iš žmogaus – į bakteriją ar net augalą, tokiu būdu priverčiant kitą organizmą sintetinti mums reikalingą baltymą, kad ir insuliną“, – kalba mokslininkas.
Nors manoma, kad dar ši žmonių karta sulauks tos dienos, kai genų terapija taps kasdienybe, kol kas, Mindaugo Zarembos teigimu, ji – labai rizikingas dalykas: „Mikroorganizmų ar gyvūnų ląstelių linijose terapinės genų operacijos vykdomos, bet, kad tai būtų taikoma žmonėms, turi būti atlikta daug tyrimų stadijų. Tai turi būti saugus metodas, kad, gydant nuo vienos ligos, neatsirastų kitų ligų.“
Kaip genų terapija taikoma praktiškai
Genetinę organizmų medžiagą DNR galima ne tik tirti, bet ir karpyti. Būtent tai daro Vilniaus universiteto Biotechnologijos instituto tyrėjai G. Sasnauskas, Gintautas Tamulaitis ir M. Zaremba, gavę Lietuvos mokslo premiją už darbų ciklą „Nauji taikiniui specifinių endonukleazių sąveikos su DNR, reguliacijos ir katalizės mechanizmai“.
DNR yra genetinė medžiaga, esanti kiekvienoje gyvūno, augalo ir grybo ląstelėje. Šioje medžiagoje užkoduota visa svarbi informacija apie gyvybinius procesus, taip pat – paveldimumą, galimas ligas ir pan.
DNR molekulė savo išvaizda primena spiralę, kuri sudaryta iš dviejų susuktų virvinių kopėčių. Taigi mokslininkai šias „kopėčias“ ir karpo bei perkelia iš vienų organizmų į kitus, o šis darbas vadinamas genų inžinerija.
Pasak Giedriaus Sasnausko, genų inžinerija ir atsirado dėl gebėjimo karpyti DNR molekules. „Tai procesas, kai pagal žmogaus poreikius pertvarkoma tam tikro gyvo organizmo genetinė medžiaga.
Geną tam tikrose vietose galima iškirpti ir iškirptą DNR gabalą perkelti į kitą organizmą. Pavyzdžiui, iš žmogaus – į bakteriją ar net augalą, tokiu būdu priverčiant kitą organizmą sintetinti mums reikalingą baltymą, kad ir insuliną“, – kalba mokslininkas.
Kadangi DNR galima iškirpti ir įklijuoti kitam augalui ar net gyvūnui, genų inžinerija naudojama ir praktiniais tikslais. Pavyzdžiui, žemdirbystėje ir miškininkystėje kai kurių bakterijų genus galima įterpti į augalų ląsteles – tada jie tampa atsparūs kenkėjams. Šitaip bandoma apsaugoti medžius ar kurti naujas augalų rūšis.
Kita žinoma sritis, kuri, beje, vertinama labai įvairiai, – maisto pramonė. Turbūt visi yra girdėję apie genetiškai modifikuotus vaisius ar daržoves – į jas taip pat įkeliama svetimų organizmų DNR.
Šitaip siekiama, kad vaisiai ir daržovės turėtų daugiau vitaminų, ūkininkai sulauktų gausesnio derliaus ir pan. Tačiau šiuo atveju nuomonių yra įvairių, o dėl galimo tokių produktų poveikio žmonių sveikatai iki šiol diskutuojama.
Dar vienas laukas – farmacija. Genetiškai modifikuoti organizmai tinka vaistams, jie gamina įvairius hormonus, pavyzdžiui, žmogui būtiną insuliną. O sritis, kuri, ko gero, teikia daugiausia vilčių, – medicina. Tyrėjai tikisi, kad ateityje, taikant genų terapiją, bus galima išgydyti sunkias ligas, net vėžį. Kad tai būtų įmanoma, reikia sugalvoti, kaip tinkamai karpyti piktybinių ląstelių DNR.
Kol kas genų terapija – labai rizikinga
G. Sasnauskas sako, kad genų terapija šiuo metu labai vystoma mokslo sritis, kurios tikslas – tam tikras ligas lemiančius blogus žmogaus genus pakeisti gerais. Tokiu atveju, žmogaus ląstelės branduolyje esančioje DNR vietoj blogo geno įstačius gerą, ligą sukelianti priežastis bus pašalinta. Tačiau, pabrėžia mokslininkas, žmogaus genome, kurį sudaro keli milijardai nukleotidų (kitaip tariant, bendras DNR ilgis sudarytas iš kelių milijardų raidžių), įvesti vieną vienintelį trūkį norimoje vietoje nėra paprasta.
„Vaizdžiai galima palyginti: visas žmogaus genomas sudarytų labai didelę knygą, o įprastiniai restrikcijos fermentai atpažįsta labai trumpas, 4–8 nukleotidų (raidžių) sekas.
Taigi tikėtina, kad tokioje storoje knygoje toks trumpas 4–8 raidžių žodis pasitaikys daugybę kartų, tad įprastas restrikcijos fermentas – toks, koks randamas gamtoje, žmogaus genomą sukarpytų daugelyje vietų.
Mūsų tikslas – jį perkirpti vienoje vietoje, todėl reikia pasiekti, kad restrikcijos fermentas pažintų ne trumpą žodį, o visą sakinį, kuris toje storoje genomo knygoje būtų unikalus ir randamas tik vieną sykį. Tad mes pasiūlėme vieną iš būdų, kaip pailginti šių restrikcijos fermentų atpažįstamą seką ir kaip valdyti šių patobulintų fermentų aktyvumą, kad jis būtų jungiamas tik tuomet, kai fermentas atsidurs reikiamoje vietoje prie jam skirtos planuoto taikinio“, – aiškina G. Sasnauskas.
Mindaugas Zaremba priduria, kad genų terapija kol kas – labai rizikingas dalykas: „Mikroorganizmų ar gyvūnų ląstelių linijose terapinės genų operacijos vykdomos, bet, kad tai būtų taikoma žmonėms, turi būti atlikta daug tyrimų stadijų. Tai turi būti saugus metodas, kad, gydant nuo vienos ligos, neatsirastų kitų ligų.“
Vis dėlto mokslininkai mano, kad ši karta dar sulauks tos dienos, kai genų terapija taps kasdienybe.
Virusus naikina „molekulinės žirklės“
Mokslo premiją ši komanda gavo už restrikcijos endonukleazių tyrimus. Kas tai yra? Ogi kai kuriose bakterijose esantys fermentai, kurie ir geba karpyti ląstelių DNR. Kitaip sakant, tos endonukleazės – tai molekulinės žirklės, kurioms tirti, kas keista, iki šiol buvo skirta ne tiek jau daug dėmesio.
Anot Gintauto Tamulaičio, šių fermentų poreikis molekulinėje biologijoje ir genų inžinerijoje lėmė gana gausias ir intensyvias jų paieškas, tad šiuo metu surasta keli tūkstančiai skirtingų fermentų, kurie pasižymi keliais šimtais skirtingų specifinių požymių. „Tačiau, ieškant naujų fermentinių aktyvumų, buvo stipriai atsilikta bandant suprasti, kaip šie fermentai veikia. Mes siekiame suprasti šių fermentų struktūrines ypatybes, kaip jie atpažįsta savo taikinį, kaip sugeba jį perkirpti“, – sako jis.
DNR molekules karpantys fermentai buvo atrasti maždaug prieš 40 metų, stebint amžiną bakterijų ir virusų kovą. Ji prasidėjo dar labai seniai, prieš milijonus metų, tada bakterijas ėmė pulti virusai, ir tam, kad nuo jų būtų apsisaugota, kai kuriose bakterijose išsivystė „molekulinės žirklės“. Perkirpai nedorėlio viruso DNR grandinę – ir jis nebepavojingas.
„Mes visi žinojome, kad virusai ar bakterijos puola žmones, visus didesnius organizmus, sukelia įvairias ligas. Bet bakterijas taip pat puola virusai – bakteriofagai. Virusas, užpuolęs bakteriją, perima bakterijos ląstelės kontrolę, ir bakterija, užuot gaminusi baltymus ar kažkokias medžiagas, kurios reikalingos jai pačiai ar jos dauginimuisi, pradeda gaminti naujas viruso daleles.
Bakterija prigamina tų virusų dalelių, kaip maišas praplyšta, o virusų dalelės pasklinda į aplinką ir užpuola naujas bakterijas. Jei bakterija neturi jokios apsaugos, virusai gali išnaikinti visas toje vietoje esančias bakterijas“, – kalba VU Biotechnologijos instituto tyrėjas G. Sasnauskas.
Beje, pastebi mokslininkas, to realybėje nėra – evoliucijos metu bakterijos atrado daug būdų, kuriais apsisaugo nuo virusų: „Vienas iš būdų – būtent restrikcijos endonukleazių panaudojimas.
Ir kaip jos veikia, jei į bakterijos ląstelę patenka viruso DNR, genetinė medžiaga, restrikcijos endonukleazė tam tikrose vietose tą DNR sukarpo. Kai viruso genetinė medžiaga sukarpyta, jis nebegali daugintis, tampa nepavojingas. Tokiu būdu šis fermentas gelbsti ląsteles nuo priešų, šiuo atveju – virusų.“
Lietuvių atradimas – svarbus pasaulyje
Taigi ką naujo mokslininkų komanda atrado tirdama „molekulines žirkles“? M. Zaremba pirmiausia kalba apie jų struktūrą: „Fundamentiniai tyrimai susidėjo iš to, kad buvo nustatomos šių fermentų erdvinės struktūros – per tą laikotarpį buvo nustatyta keliolika restrikcijos endonukleazių struktūrų. Reikia pažymėti, kad jos sudaro trečdalį visų pasaulyje nustatytų struktūrų.
Taip pat mes gilinomės į šių fermentų sąveikos su DNR mechanizmus ir DNR krypimo mechanizmus: kaip atpažįstamas DNR taikinys, kaip su juo sąveikaujama, kokie vyksta procesai, kad galų gale DNR perkerpama.“
G. Tamulaitis priduria, kad jie pirmi nustatė, jog fermentai gali karpyti DNR penkiais skirtingais būdais, o ne vienu, kaip buvo manyta anksčiau.
„[...] Standartiškai buvo manoma, kad restrikcijos fermentai sudaryti iš dviejų identiškų dalių, gali panaudoti tam tikrą vieną būdą perkirpti DNR grandines. Mums dirbant paaiškėjo, kad iš tiesų šie fermentai gali turėti net penkis skirtingus aktyvius centrus, tai yra net penkiais skirtingais būdais perkirpti DNR molekulę.
Paprastai tipinis restrikcijos fermentas atpažįsta vieną taikinį ir perkerpa abi jos grandines, tačiau gamtoje yra gana daug fermentų, kurie vienu metu sąveikauja su dviem taikiniais ir perkerpa juos abu arba gali sąveikauti su dviem taikiniais ir perkirpti tik vieną iš jų“, – sako Biotechnologijos instituto tyrėjas G. Tamulaitis.
