Tækninni til erfðabreytinga fleygir áfram og samhliða aukinni þekkingu verða til tækifæri til að nýta þessa tækni til að koma í veg fyrir sjúkdóma. Þar sem erfðasjúkdómar geta verið margslungnir er mikilvægt að vita hvar og hvenær á að grípa inní til að lækna þá, eða það sem betra er – koma í veg fyrir þá.

Erfðasjúkdómar eru alls konar

Þegar sjúkdómar koma til vegna galla í einu geni er það kallað eingena erfðasjúkdómur. Slíkir erfðasjúkdómar eru mjög sjaldgæfir en þeir henta vel til rannsókna og tilrauna á þeim kostum sem erfðabreytingar geta haft í för með sér. Það er augljóslega auðveldara að laga galla sem á uppruna sinn á einum stað í erfðamenginu samanborið við marga.

Auk þess að þurfa bara að laga galla í einu geni er mikilvægt að skilja vel hvar genið gegnir hlutverki og á hvaða tímapunkti í lífi einstaklingsins. Það liggur því beinast við að nýta þessa tækni til að laga eingena galla sem geta valdið alvarlegum skaða. Dæmi um slíka sjúkdóma eru gallar í genum eins og SFTPB, SFTPC eða ABCA3 sem gegna mikilvægu hlutverki við þroskun lungnanna.

Þessi gen taka þátt í að mynda vökva eða nokkurs konar slím sem þekur lungun að innanverðu. Vökvinn er mikilvægur til að halda lungunum rökum en líka hreinum. Í tilfellum þar sem ofantalin gen eru ekki starfhæf getur samsetning vökvans leitt til þess að lungun eru ekki starfhæf.

Tímasetning viðgerðarinnar

Við fæðingu breytast aðstæður einstaklingsins dramatískt þegar lungun fá allt í einu það hlutverk að koma súrefni úr andrúmsloftinu og inní blóðrásina. Fósturþroski getur því gengið á eðlilegan hátt þrátt fyrir galla í þeim genum sem sjá um þroskun lungnanna.

Þegar einstaklingur er með galla í einu af ofantöldum genum getur það valdið skorti á framleiðslu á lungnaslíminu eða offramleiðslu, sem er oft verra að meðhöndla. Til að lungun geti starfað eðlilega, öll efnasamskipti geti farið fram og lungun geti þanist eðlilega út þarf þessi yfirborðsvökvi að vera til staðar í réttu magni.

Til að koma í veg fyrir að gallar í þessum genum valdi skaða er mikilvægt að grípa inní áður en lungun þurfa að taka til starfa, þ.e. fyrir fæðingu. Erfðabreytingar í fóstrum, á síðustu stigum meðgöngunnar, eru því fýsilegur kostur til að hjálpa einstaklingum með erfðasjúkdóma af því tagi að lifa af.

CRISPR/Cas tæknin

Með tilkomu nýrrar tækni, CRISPR/Cas verða erfðabreytingar auðveldari sökum þess hve návæmlega er hægt að staðsetja þær. CRIPSR/Cas kerfið sem á uppruna sinn í bakteríum ber kosti sína í ensíminu Cas9. Cas9 er prótín sem flokkast undir ensím vegna þess að það klippir DNA röðina í tvennt.

Cas9 leitar eftir erfðaefninu að samröðun við markgenin sín. Markgenið er þá það gen sem leitast er við að breyta eða laga. Þegar fullkomin samröðun næst fer ensímvirkni Cas9 af stað og klippir í sundur erfðaefnið svo tvíþáttbrot myndast.

Þar sem frumur líkamans eru viðbúnar því að gera við brot á erfðaefninu, taka náttúrulegir viðgerðarferlar við og púsla saman erfðaefninu og setja heilbrigt eintak af geninu inn þar sem tvíþáttabrotið átti sér stað.

Tilraunir á músafóstrum

Í rannsókn sem framkvæmd var við Children‘s Hospital of Philadelphia var músafóstrum sem voru með stökkbreytingu í SFTPC geninu erfðabreytt á síðustu stigum meðgöngunnar. Þegar mýsnar voru gengnar því sem samsvarar tveimur þriðja af meðgöngu hjá mönnum voru þær meðhöndlaðar með CRISPR erfðatækninni til að laga stökkbreytinguna í SFTPC geninu.

Eitt mikilvægasta skrefið í tilrauninni var að laga erfðaefnið á síðustu stigum meðgöngunnar og að framkvæma erfðabreytinguna í réttu líffæri. Þær frumur sem þurfa allra mest á heilbrigðu SFTPC geni að halda eru þær sem eru yst á yfirborði lungnanna og sjá um að seyta út vökvanum sem þekur þau að innan.

Erfðabreytingatól með áfangastað

Þegar fóstrið hefur náð á þriðja stig meðgöngu, í tilfellu músafóstranna u.þ.b. fjórum dögum fyrir fæðingu þeirra, hafa flestir vefir þegar myndast og líffærin eru farin að æfa sig fyrir það sem koma skal. Þar á meðal lungun, þó þau gegni engu hlutverki meðan fóstrið er í móðurkviði.

Öndunaræfingar fóstursins ásamt örvun sem á sér stað þegar styrkur koltvíoxíðs í blóði móðurinnar hækkar örlítið gerir það að verkum að erfðabreytingatólin rata á réttan stað. Þegar CRISPR/Cas kerfinu hafði verið komið inní legvatnið þá átti það greiða leið inní lungun, þar sem vinnan var unnin á ystu lögum lungna vefsins.

Dánartíðnin lækkar.

Mýs sem fæðast með galla í genum sem tengjast lokaþroskun lungnanna lifa yfirleitt ekki lengi eftir fæðingu. Í tilfelli músanna sem voru notaðar í þessari rannsókn var dánarhlutfallið 100% hjá fóstrum sem voru með galla í SFTPC.

Þegar mýsnar höfðu verið meðhöndlaðar og erfðabreytt svo að SFTPC var í lagi lækkaði dánartíðnin við fæðingu niður í 78%. Það er að segja 22% fóstranna gátu andað eðlilega eftir að þau fæddust. Raðgreining á frumunum sem þekja innsta lag lungnanna leiddi í ljós að erfðabreytingin heppnaðist og þess vegna voru lungun starfhæf.

Eftir fæðinguna var fylgst með músaungunum til að meta hvort erfðabreytingin hefði haft einhver neikvæð áhrif á þau, en svo virtist ekki vera.  

Hvað þýðir þetta?

Þessi rannsókn sýnir að erfðabreytingar á síðustu stigum meðgöngu eru mögulegar og auka lífslíkur einstaklinganna sem eiga í hlut.

Enn sem komið er, er ekki hægt að framkvæma slíkar breytingar í mannafóstrum en tilgangur rannsóknar sem þessarar snýst frekar um að sýna fram á hvort erfðabreytingar á þessum stigum meðgöngu hafa hugsanlegar aukaverkanir á fóstrin, hvort breytingin skili sér á réttan stað og hvort hún hafi tilskilin áhrif.

Þó erfðabreytingar með CRISPR hafi gert tilraunir sem þessar mun auðveldari en áður þá er þekking vísindaheimsins enn ekki nægilega mikil til að fara á næsta stig, sem felst í tilraunum á dýrum skyldari manninum eða manninum sjálfum.

Greinin birtist fyrst í prentuðu eintaki og á vefsíðu Stundarinnar.