EGenesis, kas specializējas ģenētiski modificētu cūku ražošanā cilvēku orgānu transplantācijai, ir paziņojis par vairāku rediģētu dzīvnieku dzimšanu. Viņi zaudēja trīs gēnus, ieguva deviņus, kā arī zaudēja 25 vīrusus, kas pavairojās genomā. Tajā pašā laikā cūkas ir pilnīgi veselīgas un auglīgas, un to šūnas neizraisa agresiju cilvēka imūnsistēmas komponentos. Nākamajos gados ir plānoti transplantātu klīniskie pētījumi cilvēkiem. Darba priekšspiedums ir ievietots vietnē bioRxiv.
Cilvēka orgānu transplantācijai ir trīs šķēršļi. Pirmais ir fizioloģiskā savietojamība: orgānam jābūt piemērotam pēc lieluma, struktūras un funkcijas. Šajā ziņā ērts priekšmets ir cūka, kuras daudzi orgāni - piemēram, sirds vai nieres - būtiski neatšķiras no cilvēka.
Otrais šķērslis ir imūno atgrūšana. Cilvēka ķermenis piesardzīgi reaģē uz visām nepazīstamajām molekulām, bet dažas - piemēram, cukuri uz svešu šūnu virsmas - izraisa īpaši spēcīgu agresiju.
Visbeidzot, trešais ir vīrusi, kurus katrs organisms pārnēsā savā genomā. Mēs nerunājam par aktīviem vīrusiem, kas izraisa epidēmijas, bet gan par endogēniem, tas ir, tiem, kas nenogalina šūnu, bet vairojas tikai tās kodolā. Bet, ja šūna tomēr kaut kādā veidā kontrolē savus vīrusus, tad, ja svešas šūnas to inficē ar jauniem vīrusiem, iespējams, tā nespēj tikt galā ar to pavairošanas sekām.
Lai cūkas orgāns kļūtu saderīgs ar cilvēkiem, ņemot vērā visas šīs prasības, ir jāveic izmaiņas vairākos gēnos uzreiz. Sākumā viņi to mēģināja panākt, izmantojot gēnu izsitumus, un cūkas sirds ar vairākiem nokautiem paviāna ķermenī ilga veselus trīs gadus.
Bet 2015. gadā amerikāņu ģenētiķis Džordžs Baznīca un ķīniešu biologs Luhans Jangs nodibināja eGenesis - uzņēmumu, kura mērķis bija radīt cūkas, kuras vienlaikus modificētas ar vairākiem gēniem. Pēc brīža Baznīcas vadītie zinātnieki ziņoja, ka viņi spēj pilnībā attīrīt cūku šūnas no endogēniem retrovīrusiem. Tagad Baznīca un Jans ir spēruši nākamo soli: izveidot gan "vīrusus nesaturošus", gan imunoloģiski saderīgus dzīvniekus.
Lai to izdarītu, eGenesis pētniekiem bija jāizstrādā daudzpakāpju protokols. Sākumā viņi paņēma fibroblastu kultūru no parastas cūkas auss. Ar elektroporācijas palīdzību CRISPR / Cas9 sistēmas molekulas tika ievestas, lai no DNS izgrieztu trīs gēnus, kas cilvēka ķermenī izraisa spēcīgāko atgrūšanu. Tajā pašā laikā šūnās tika ievadīta plazmīda ar deviņiem jauniem, jau cilvēka gēniem, kas ir atbildīgi par imūnās atbildes un asins sarecēšanas procesu nomākšanu. Tādējādi iegūtajām šūnām vajadzētu ne tikai izraisīt imūno agresiju, bet arī nomākt to.
Pēc apstiprināšanas, ka rediģēšana ir bijusi veiksmīga, zinātnieki noņēma fibroblastu kodolus un ievietoja olās, kas nesatur kodolus - tā ir sen izveidota klonēšanas metode. Embriji attīstījās no olām, kuras tika stādītas surogātmātes, kuras dzemdēja pirmās paaudzes sivēnus. Šīs cūkas joprojām pārnesa vīrusus, taču tām jau vajadzēja būt imunoloģiski saderīgām ar cilvēkiem.
Reklāmas video:
Zinātnieki atkal izolēja fibroblastu kultūru no sava ķermeņa un veica nākamo rediģēšanas posmu tajā: atkal, izmantojot elektroporāciju, šūnās tika ievadīta CRISPR / Cas9 sistēma, kas uzbruka reversās transkriptāzes gēnam - galvenajam fermentam, ar kura palīdzību endogēnie vīrusi reproducējas genomā. Pēc tam arī šūnu kodoli tika izolēti, ievietoti oocītu iekšpusē, un tika iegūti otrās paaudzes sivēni. Tādējādi cūkas zaudēja trīs gēnus, ieguva deviņus, kā arī zaudēja divdesmit piecus aktīvi pavairotus vīrusus.
Pētnieki pārliecinājās, ka rediģētās cūkas ir ģenētiski stabilas. Viņu šūnās astoņi no deviņiem cilvēka gēniem faktiski tika izteikti, un gēni, kas izraisa imūno atgrūšanu, bija "klusi". Zinātnieki pārbaudīja dzīvnieku genomu rediģēšanas pēdas ārpus mērķa un atrada vairākus CRISPR / Cas9 "garām", taču tie neietekmēja olbaltumvielas kodējošos DNS reģionus.
Paši dzīvnieki bija fizioloģiski veseli un auglīgi. Neskatoties uz viņu imunitātes un asins recēšanas sistēmas traucējumiem, viņu asins skaits bija normas robežās. Zinātnieki arī neatrada rediģēšanas ietekmi uz cūku sirds, aknu un nieru darbu.
Visbeidzot, pētnieki pārbaudīja, vai ģenētiski rediģētās cūkas ir ieguvušas transplantācijai nepieciešamās īpašības. Pirmkārt, viņi izolēja šūnu kultūru no cūku asinsvadu sienām un apstrādāja to ar cilvēka imūnglobulīniem: tie saistās ar modificētām šūnām par 90 procentiem mazāk nekā parastās. Tad uz šīm šūnām reaģēja cilvēka komplementa olbaltumvielas - tās uz svešu šūnu klātbūtni reaģē pat agrāk nekā imūnglobulīni -, bet komplementa sistēma tika aktivizēta ne biežāk kā viņu pašu, cilvēka šūnu gadījumā.
Tādējādi zinātniekiem ir izdevies radīt dzīvniekus, kuru šūnas neizraisa tūlītēju cilvēka imunitātes agresiju. Neskatoties uz to, ka imūnsistēma var vēlāk reaģēt uz svešām šūnām, atpazīstot uz tām retāk sastopamās olbaltumvielas, to var risināt ar imūnsupresantu palīdzību. Savukārt rediģēšana ļauj izvairīties no akūtas atgrūšanas un iegūt laiku, lai orgāns iesakņotos ķermeņa iekšienē. Intervijā žurnālam Science Jangs paskaidroja, ka uzņēmums plāno koncentrēties uz preklīniskajām pārbaudēm 2020. gadā, taču tuvāko piecu gadu laikā plāno pāriet uz pētījumiem ar cilvēkiem.
Autore: Polina Loseva