นักวิจัยสามารถเปลี่ยน DNA ในออร์แกเนลล์ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ก่อนหน้านี้
อาวุธแบคทีเรียมีประโยชน์อย่างไม่คาดคิดในเซลล์ของมนุษย์ 20รับ100 นักวิทยาศาสตร์รายงาน ว่าโปรตีนที่แบคทีเรียหลั่งออกมาเพื่อฆ่าจุลินทรีย์อื่นๆ ได้รับการปรับโครงสร้างใหม่เพื่อปรับแต่ง DNAที่ไม่สามารถเข้าถึงตัวแก้ไขยีนอื่น ๆ ได้ นักวิทยาศาสตร์รายงานออนไลน์ในวันที่ 8 กรกฎาคมในNature ความก้าวหน้านี้ปูทางไปสู่การแก้ไขการกลายพันธุ์ในไมโตคอนเดรียในหนึ่งวัน ออร์แกเนลล์ที่ผลิตพลังงานเหล่านั้นได้รับมาจากมารดาและมี DNA ของตัวเอง ซึ่งแตกต่างจากข้อมูลทางพันธุกรรมจากพ่อแม่ทั้งสอง ซึ่งจัดเก็บไว้ในนิวเคลียสของเซลล์
“ฉันเป็นนักชีววิทยายลมา 25 ปีแล้ว และเห็นว่านี่เป็นความก้าวหน้าที่สำคัญอย่างยิ่งในด้านนี้” Vamsi Mootha นักวิจัยจากสถาบัน Howard Hughes Medical Institute ที่โรงพยาบาล Massachusetts General Hospital ในบอสตัน และ Broad Institute of MIT และ Harvard กล่าว .
การกลายพันธุ์ใน DNA ของไมโตคอนเดรียทำให้เกิดกลุ่มอาการต่างๆ มากกว่า 150 กลุ่มและส่งผลกระทบต่อเด็ก 1,000 ถึง 4,000 คนที่เกิดในสหรัฐอเมริกาในแต่ละปี โรคเหล่านี้ไม่มีทางรักษาได้ และในปัจจุบัน วิธีเดียวที่จะป้องกันไม่ให้เด็กได้รับไมโตคอนเดรียที่ไม่สมบูรณ์คือวิธี “ทารกสามคน” ที่ถกเถียงกัน อยู่ ( SN: 12/14/16 ) เทคนิคการปฏิสนธินอกร่างกายนี้ต้องใช้ไมโตคอนเดรียจากไข่ผู้บริจาค นอกเหนือจากข้อมูลทางพันธุกรรมจากแม่และพ่อ
แนวทางในการพัฒนาวิธีรักษาโรคทางพันธุกรรมคือการแก้ไขยีน ซึ่งเป็นเทคนิคที่เปลี่ยนแปลงดีเอ็นเอโดยตรง บางทีเครื่องมือแก้ไขยีนที่มีชื่อเสียงที่สุด CRISPR/Cas9 อาจเป็นกรรไกรโมเลกุลที่ตัดดีเอ็นเอ ก่อนหน้านี้นักวิจัยเคยใช้โมเลกุลที่เรียกว่า TALENs เพื่อตัด DNA ของไมโตคอน เดรีย ในหนูและกำจัดออร์แกเนลล์ที่บกพร่อง ( SN: 4/23/15 ) เทคโนโลยีที่ใหม่กว่า เรียกว่าตัวแก้ไขฐานโบลต์โปรตีนที่สามารถเปลี่ยนเบสดีเอ็นเอ — แทนด้วยตัวอักษร A, C, G และ T — เป็นเวอร์ชันดัดแปลงของโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับ CRISPR Cas9 ( SN: 10/25/17). บรรณาธิการเหล่านี้เปลี่ยนเบสดีเอ็นเอหนึ่งเบสให้เป็นเบสอื่น โดยพื้นฐานแล้วจะแก้ไขข้อผิดพลาดที่อาจนำไปสู่โรคได้ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ใช้ได้เฉพาะกับ DNA ในนิวเคลียส ไม่ใช่ไมโตคอนเดรีย
สารพิษที่หลั่งโดยแบคทีเรียBurkholderia cenocepaciaได้รับการพิสูจน์โดยไม่คาดคิดว่าเป็นวิธีแก้ปัญหาที่จำเป็นในการสร้างตัวแก้ไขเบสที่เป็นมิตรกับไมโตคอนเดรีย Marcos de Moraes นักจุลชีววิทยาจากมหาวิทยาลัย Washington ในซีแอตเทิล อนุมานว่าสารพิษดังกล่าวฆ่าแบคทีเรียโดยทำให้เกิดการกลายพันธุ์ของ DNA ที่ก่อกวน แต่เป็นเวลาหลายเดือน เขาไม่สามารถแก้ให้หายได้ว่ากระบวนการทำงานอย่างไรในระดับโมเลกุล เขาใกล้จะย้ายจากโครงการแล้ว เมื่อการทดลองช่วงดึกเพียงครั้งเดียวทำให้ทุกอย่างเข้าที่
มันเหมือนกับละครน้ำเน่า
เดอ โมเรสกล่าว เขาเคยสงสัยตั้งแต่เนิ่นๆ ว่าโปรตีนทอกซินที่ติดอยู่กับ DNA และดัดแปลงตัวอักษร DNA หนึ่งตัวคือ ไซโตซีน (C) ดังนั้นมันจึงคล้ายกับไทมีน (T) ที่แตกต่างกัน การพิมพ์ผิดโดยเจตนาของ DNA เหล่านี้เป็นสาเหตุที่ทำให้เหยื่อของสารพิษล้มลง แต่สิ่งที่เดอ โมเรสเรียนรู้จากการทดลองในยามดึกที่เป็นเวรเป็นกรรมก็คือว่า สารพิษต่างจากโปรตีนที่เปลี่ยนไซโตซีนอื่นๆ ทั้งหมด ท็อกซินได้เปลี่ยนแปลงดีเอ็นเอที่มีเกลียวคู่มากกว่าดีเอ็นเอที่มีสายเดี่ยว
ดูเหมือนว่าจะมีความแตกต่างเล็กน้อย แต่ก็มีนัยสำคัญ จนถึงตอนนี้ บรรณาธิการฐานได้ใช้โปรตีนเช่น Cas9 เพื่อแยก DNA เป้าหมายออกเป็นเส้นเดียวก่อนที่จะทำการเปลี่ยนแปลง แต่ชิ้นส่วนของ RNA ที่จำเป็นสำหรับการทำงานของโปรตีนเหล่านี้ไม่สามารถเข้าไปในไมโตคอนเดรียได้ ตัวแก้ไขพื้นฐานที่ยึดตามB. cenocepacia toxin ซึ่งทำงานบน DNA แบบสองสาย จะไม่ต้องพึ่งพา Cas9 อีกต่อไป
โอกาสในการพัฒนาเครื่องมือที่เป็นมิตรต่อไมโตคอนเดรียกระตุ้นการสนทนากับ David Liu นักชีววิทยาเคมีและผู้ตรวจสอบ HHMI ที่ Harvard University และ Broad Institute of MIT และ Harvard
อย่างไรก็ตาม เอนไซม์ที่เปลี่ยนไซโตซีนชนิดใหม่นี้เป็นอันตรายต่อเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเช่นเดียวกับที่เป็นเหยื่อของแบคทีเรีย ขั้นตอนแรกในการ “ทำให้เชื่องสัตว์ร้าย” คือการปรับเปลี่ยนสารพิษเพื่อไม่ให้ทำลาย DNA แบบสองสายโดยไม่ได้ตั้งใจ Liu กล่าว นักวิจัยแบ่งโปรตีนออกเป็นครึ่งที่ไม่เป็นพิษ ทั้งสองชิ้นเปลี่ยนไซโตซีนเป็นไทมีนก็ต่อเมื่อนำมารวมกันที่จุดเดียวกันของ DNA
“มันยอดเยี่ยมมาก” คาร์ลอส โมเรส นักชีววิทยายลจากมหาวิทยาลัยไมอามีในฟลอริดาซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในงานนี้กล่าว
นักวิจัยได้แนบโปรตีน TALE ซึ่งเป็นโปรตีนสั้น ๆ ที่สามารถเลือกให้กำหนดเป้าหมายไปยัง DNA ที่เจาะจง เพื่อควบคุมการทำงานของเอนไซม์ครึ่งหนึ่ง ในการทดลองเพาะเลี้ยงเซลล์ ตัวแก้ไขไมโตคอนเดรียประสบความสำเร็จในการแปลงไซโตซีนเป็นไทมีนที่ตำแหน่งดีเอ็นเอของไมโตคอนเดรียที่ตั้งใจไว้ โดยมีประสิทธิภาพตั้งแต่ 5 ถึง 49 เปอร์เซ็นต์
งานในอนาคตจะมุ่งเป้าไปที่การปรับปรุงประสิทธิภาพ พัฒนาตัวแก้ไขไมโตคอนเดรียชนิดใหม่ที่สามารถสร้างการเปลี่ยนแปลงเบสของ DNA อื่นๆ และดูว่าการแก้ไขยีนยลในสัตว์นั้นได้ผลหรือไม่
“นี่เป็นเพียงก้าวแรก” Shoukhrat Mitalipov นักชีววิทยายลจาก Oregon Health & Science University ในพอร์ตแลนด์ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานนี้กล่าว “แต่มาถูกทางแล้ว” 20รับ100
