Live τώρα    
18°C Αθήνα
ΑΘΗΝΑ
Αίθριος καιρός
18 °C
14.5°C19.6°C
3 BF 59%
ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ
Σποραδικές νεφώσεις
16 °C
13.5°C17.7°C
1 BF 73%
ΠΑΤΡΑ
Αίθριος καιρός
17 °C
14.3°C16.6°C
2 BF 63%
ΗΡΑΚΛΕΙΟ
Ελαφρές νεφώσεις
16 °C
14.8°C18.0°C
1 BF 58%
ΛΑΡΙΣΑ
Αίθριος καιρός
16 °C
16.3°C16.3°C
1 BF 65%
Τοξίνη βακτηρίων επιστρατεύεται για την τροποποίηση του μιτοχονδριακού DNA
  • Μείωση μεγέθους γραμματοσειράς
  • Αύξηση μεγέθους γραμματοσειράς
Εκτύπωση

Τοξίνη βακτηρίων επιστρατεύεται για την τροποποίηση του μιτοχονδριακού DNA

Ένα σπουδαίο επίτευγμα της γενετικής μηχανικής

Η τροποποίηση του DNA των μιτοχονδρίων αποτελεί ένα ερευνητικό αντικείμενο μεγάλου ενδιαφέροντος καθώς οι πρωτεΐνες που εκφράζονται από αυτό επιτελούν λειτουργίες ζωτικής σημασίας για τα κύτταρα και κατ’ επέκταση για τους οργανισμούς. Ερευνητές και ερευνήτριες από το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον των ΗΠΑ με επικεφαλής τον βιολόγο Joseph Mougous, ανακάλυψαν ένα νέο εργαλείο που μπορεί να τροποποιήσει το μιτοχονδριακό DNA σε επιλεγμένα σημεία. Τα αποτελέσματα της έρευνάς τους γεννούν ελπίδες για την καλύτερη κατανόηση και θεραπευτική αντιμετώπιση των μιτοχονδριακών ασθενειών.

Μιτοχόνδρια: οργανίδια ζωτικής σημασίας

Τα μιτοχόνδρια θεωρείται ότι είναι προϊόν ενδοσυμβίωσης ανάμεσα στους προγόνους των κυττάρων μας και σε βακτήρια. Τα βακτήρια κατόρθωσαν να επιβιώσουν στο εσωτερικό των κυττάρων και σταδιακά μετατράπηκαν σε οργανίδιά του, τα μιτοχόνδρια. Tα συγκεκριμένα οργανίδια αποτελούν τα εργοστάσια παραγωγής της ενέργειας των κυττάρων. Μπορεί να είναι εκατοντάδες ή και χιλιάδες μέσα σε ένα κύτταρο, αναλόγως την λειτουργία του. Είναι υπεύθυνα για την μετατροπή των θρεπτικών συστατικών σε χημική ενέργεια που τροφοδοτεί τον μεταβολισμό του κυττάρου, μέσω της διαδικασίας της κυτταρικής αναπνοής. Επιπρόσθετα, συμμετέχουν και σε άλλες σημαντικές λειτουργίες που πραγματοποιούνται μέσα στο κύτταρο, όπως ο μεταβολισμός της χοληστερόλης και η σύνθεση ορμονών και νευροδιαβιβαστών. Εκτός από απαραίτητα για την επιβίωση των κυττάρων είναι επιφορτισμένα και με την εκτέλεση του κυτταρικού θανάτου, όπου αυτό είναι επιβεβλημένο, μέσω μιας φυσιολογικής, προγραμματισμένης και αυστηρά ελεγχόμενης διαδικασίας.

Το μιτοχονδριακό DNA περιέχει 37 γονίδια, ένας αριθμός αρκετά μικρός σε σχέση με το DNA του πυρήνα των κυττάρων που φέρει περίπου 30.000 γονίδια. Το μιτοχόνδριο εξαρτάται και από πρωτεΐνες του πυρηνικού DNA για αυτό έχει χαρακτηριστεί και ως «ημιαυτόνομο οργανίδιο». Αν κάποιο από τα γονίδια του μιτοχονδριακού DNA φέρει παθολογικές μεταλλάξεις, τότε επιβαρύνεται σημαντικά η σωστή λειτουργία τους. Μεταλλάξεις στο μιτοχονδριακό DNA συντελούν στην εμφάνιση σοβαρών ασθενειών με συχνότητα εμφάνισης περίπου 1 στα 5000 άτομα, όπως η οπτική νευροπάθεια κατά Leber ή το σύνδρομο MELAS (mitochondrial encephalomyopathy, lactic acidosis, and stroke-like episodes). Οι μιτοχονδριακές ασθένειες ξεκινούν από τη γέννηση και επιβαρύνουν σημαντικά την υγεία των ασθενών.

Η τροποποίηση του μιτοχονδριακού DNA είναι πλέον εφικτή

Μέχρι στιγμής η μελέτη των μιτοχονδριακών ασθενειών και η μοντελοποίησή τους περιοριζόταν σημαντικά από τα διαθέσιμα ερευνητικά εργαλεία. Οι ερευνητές μπορούσαν να απαλλαγούν από μεταλλάξεις του μιτοχονδριακού DNA αλλά δεν μπορούσαν να επιδιορθώσουν μια μετάλλαξη, με ακρίβεια χωρίς να επηρεαστούν άλλα γονίδια. Οι τεχνικές γονιδιωματικής τροποποίησης, με κυριότερο παράδειγμα την ιδιαίτερα δημοφιλή τεχνολογία CRISPR-Cas, μπορούν να στοχεύσουν και να τροποποιήσουν επιθυμητές περιοχές του DNA που βρίσκεται στον πυρήνα των κυττάρων, εκεί που αποθηκεύεται η πλειοψηφία των γενετικών πληροφοριών. Το γενετικό υλικό των μιτοχονδρίων όμως παρέμενε για καιρό απροσπέλαστο: το μόριο RNA, μέρος του συμπλόκου CRISPR-Cas, που αποτελεί τον «οδηγό» για τον εντοπισμό της επιθυμητής αλληλουχίας DNA, δεν μπορεί να διαπεράσει το εξωτερικό περίβλημα του μιτοχονδρίου. Επομένως η διάσημη τεχνολογία CRISPR-Cas που έχει σχεδόν μονοπωλήσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας που ασχολείται με την γενετική μηχανική, φαινόταν στην περίπτωση του μιτοχονδριακού DNA άχρηστη. Προγενέστερα συστήματα γονιδιωματικής τροποποίησης, όπως οι πρωτεΐνες TALENs, μπορούσαν να περιορίσουν τις μεταλλάξεις σε μιτοχόνδρια κυττάρων, καταστρέφοντας όμως το μιτοχονδριακό DNA.

Τα τελευταία δύο χρόνια η επιστημονική ομάδα του Joseph Mougous ασχολήθηκε με την μελέτη μιας τοξίνης που παράγεται από βακτήρια όταν αυτά επιτίθενται σε άλλα βακτήρια. Πρόκειται για τοξίνη που εκκρίνεται από το βακτήριο Burkholderia cenocepacia προκειμένου να σκοτώσει άλλους ανταγωνιστικούς μικροοργανισμούς. Ο τρόπος δράσης της τοξίνης κίνησε αμέσως το ενδιαφέρον των ερευνητών: η τοξίνη στόχευε το DNA του ανταγωνιστικού βακτηρίου και το τροποποιούσε με τέτοιο τρόπο ώστε αυτό κατέληγε να αποσυντεθεί. Η τοξίνη, που ονομάστηκε DddA παρουσίασε πολύ ενδιαφέρουσες και ασυνήθιστες ιδιότητες. Σε αντίθεση με παρόμοιες τοξίνες, μπορεί να τροποποιήσει την διπλή έλικα του DNA μετατρέποντας την κυτοσίνη σε ουρακίλη και να δημιουργήσει μεταλλάξεις. Παρόλο που ο αρχικός στόχος δεν σχετιζόταν με την γονιδιωματική τροποποίηση αλλά με την κατανόηση της αλληλεπίδρασης των βακτηρίων, οι ερευνητές αντιλήφθηκαν αμέσως τις σημαντικές προεκτάσεις της ανακάλυψής τους.

Ακολούθησε μια σειρά πειραμάτων στα οποία η τοξίνη υπέστη επεξεργασία έτσι ώστε να μην είναι τοξική για τα κύτταρα των θηλαστικών και να μπορεί να εισέλθει στα μιτοχόνδριά τους και να τροποποιήσει το μιτοχονδριακό DNA. Ένα ακόμα σημαντικό εύρημα αποτελεί η περιορισμένη «αστοχία» που συχνά παρατηρείται στις τεχνολογίες γονιδιωματικής τροποποίησης: η επεξεργασμένη τοξίνη έδρασε μόνο μέσα στα μιτοχόνδρια, αφήνοντας ανεπηρέαστο το πυρηνικό DNA και πλην ελαχίστων εξαιρέσεων, τροποποίησε τα γονίδια - στόχους. Η επιστημονική ομάδα δημοσίευσε τα αποτελέσματά της στο περιοδικό Nature στις 8 Ιουλίου.

Είναι αδιαμφισβήτητο γεγονός και από τους ίδιους τους συγγραφείς ότι το εργαλείο που περιγράφουν επιδέχεται σημαντικής βελτίωσης μέσα από προσεγγίσεις που ενδέχεται να είναι δύσκολες και χρονοβόρες. Ωστόσο τα αποτελέσματά τους θα αποτελούν σημείο αναφοράς για μελλοντικά ερευνητικά εγχειρήματα που σχετίζονται με την βιολογία των μιτοχονδρίων και την γενετική των μιτοχονδριακών ασθενειών. Το νέο εργαλείο γενετικής τροποποίησης αναμένεται να διευκολύνει πολύ την μελέτη των μιτοχονδριακών ασθενειών και να συντελέσει στην ανάπτυξη καινοτόμων θεραπειών.

Μαρία Τσίπη

1. Mok, B.Y., et al., A bacterial cytidine deaminase toxin enables CRISPR-free mitochondrial base editing. Nature, 2020.

2. Aushev, M. and M. Herbert, Mitochondrial genome editing gets precise. Nature, 2020.

Στηρίξτε την έγκυρη και μαχητική ενημέρωση. Στηρίξτε την Αυγή. Μπείτε στο syndromes.avgi.gr και αποκτήστε ηλεκτρονική συνδρομή στο 50% της τιμής.

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

ΓΝΩΜΕΣ

ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ

EDITORIAL

ΑΝΑΛΥΣΗ

SOCIAL