Systém CRISPR/Cas-9. Kredit: marius walter / Wikimedia Commons.

Ještě ani neutichly vášně kolem zatím stále nejasného narození editovaných čínských holčiček, v nichž téměř každý cítil potřebu vyjádřit své rozhořčení. Už teď je ale jasné, a bylo to vlastně jasné už předtím, že takové skandalizování vědy CRISPR a celé editování lidské DNA nezastaví. Dokládá to i nejnovější výzkum týmu Institutu Francise Cricka, jehož dlouhodobým cílem je vytunit CRISPR tak, aby s ním bylo možné precizně editovat lidský genom.

Genetická editorka Paola Scaffidi a její spolupracovníci pečlivě rozpitvali fungování editoru CRISPR vzhledem k jeho struktuře. Objevili přitom jednoduchá pravidla, jejichž znalost by teď mohla přispět ke zvýšení účinnosti, a rovněž bezpečnosti genetického editování, jak v laboratoři, tak i v klinické praxi. Jejich výzkum publikoval časopis Molecular Cell.

Genetický editor CRISPR, který jsme si vzali od bakterií, se dnes používá snad úplně všude. Není ovšem úplně dokonalý. Výsledek editování není úplně stoprocentně spolehlivý. Občas se stane, že editor provede v cílovém místě editace náhodné delece nebo inzerce, čili vystřižení či vložení DNA. Než půjde CRISPR nebo podobný editor mezi pacienty do nemocnic, tak by bylo fajn zajistit, aby editování lidské DNA bylo skutečně spolehlivé, prakticky stoprocentně.

Paola Scaffidi. Kredit: Francis Crick Institute.

Podle Scaffidiové editování s CRISPRem až doposud zahrnovalo hodně dohadů, frustrací, pokusů a omylů. Vypadalo to, že editování není tak úplně předpověditelné, a že CRISPR dělá náhodné chyby. Jenomže Scaffidiová a její tým si vzali CRISPR do parády. Důkladně analyzovali stovky editací. A jak říká Scaffidiová, byl to šok. Ukázalo se, že CRISPR se chová podle jednoduchých pravidel. Tohle přeřadí výzkum a aplikace CRISPRu na vyšší rychlostní stupeň.

Tým Institutu Francise Cricka si dal tu práci a prostudoval účinky editování CRISPRem na 1491 cílových místech u celkem 450 genů lidských buněk. Badatelé nakonec objevili soubor pravidel, podle nichž se CRISPR chová. Není to nic extra složitého. Pravidla obvykle závisejí na jednom konkrétním „písmenu“ sekvence DNA v oblasti, kterou rozeznává „naváděcí systém“ CRISPRu, neboli guide RNA (gRNA).

Naváděcí guide RNA jsou krátké sekvence RNA, které tvoří tak maximálně 20 písmen genetické abecedy. Tato sekvence vyhledává cílové místo na DNA, kde má CRISPR provést zásah. Navede na toto místo Cas-9 nebo podobný enzym, který funguje jako proteinové nůžky. Nůžky nastřihnou sekvenci DNA a CRISPR provede požadovanou editaci.

Francis Crick Institute 13

Scaffidiová a spol. zjistili, že výsledek editace systém CRISPR/Cas-9 klíčovým způsobem závisí na čtvrtém „písmenu“ DNA, počítáno od konce sekvence naváděcí guide RNA. Pokud je tímhle písmenem A nebo T, čili jde o nukleotidy adenin nebo thymin, tak při editaci dojde k velmi přesné inzerci, tedy vložení kusu DNA. Když je na tomto místě „písmeno“ C (cytosin), tak dojde k relativně přesné deleci, čili vystřižení kusu DNA. A když je tam „písmeno“ G (guanin), tak se odehraje vícero nepřesných delecí. Jak se zdá, pokud na dotyčném místě nebude „písmeno“ G, tak se podstatně zlepší spolehlivost editací genomu. To je zásadní informace pro genetické editory, kteří navrhují cílová místa pro editování.

Badatelé rovněž přišli na to, že výsledek editování DNA CRISPRem také hodně závisí na uspořádání editované DNA. Pokud je cílová DNA „otevřená“ a nikoliv „zavřená“, tak se proteinové nůžky Cas-9 lépe udělají svou práci. Některé části lidského genomu bývají více „uzavřené“. Editoři teď budou vědět, že při editaci takových míst pomohou látky, které přinutí DNA se více rozbalit a „otevřít“. Editování genů pacientů už klepe na dveře.

Literatura
Francis Crick Institute 13. 12. 2018, Molecular Cell online 13. 12. 2018.