Η νέα τεχνολογία γονιδιωματικής τροποποίησης (gene editing) ονομάζεται πρωτεύουσα τροποποίηση (prime editing) και έχει περιγραφεί ως ένας «γενετικός επεξεργαστής κειμένου» ικανός να ξαναγράψει με ακρίβεια τον γενετικό κώδικα.
Στην έρευνα που δημοσιεύθηκε στο Nature χρησιμοποιήθηκε η τεχνική πρωτεύουσας τροποποίησης για να εισαχθούν ή να απαλειφθούν με απόλυτη ακρίβεια τμήματα του DNA σε κυτταρικές σειρές στο εργαστήριο. Επίσης χρησιμοποιήθηκε για τη διόρθωση βλαβών σε μία συγκεκριμένη βάση ή «γράμμα» του γενετικού κώδικα από τα τρία δις που απαρτίζουν τον γενετικό μας κώδικα.
Η τεχνική έχει ήδη χρησιμοποιηθεί εργαστηριακά για τη διόρθωση επικίνδυνων μεταλλάξεων, συμπεριλαμβανομένων όσων προκαλούν δρεπανοκυτταρική αναιμία.
Η ομάδα των ερευνητών από το Ινστιτούτο Broad των Πανεπιστημίων MIΤ και Χάρβαρντ αναφέρουν ότι η νέα μέθοδος prime editing έχει μεγάλη ευελιξία και ακρίβεια, αλλά τονίζουν ότι η έρευνα είναι σε αρχικό στάδιο.
Η μέθοδος prime editing αποτελεί την τελευταία εξέλιξη στον τομέα της γονιδιωματικής τροποποίησης που αναπτύσσεται με ταχύτατους ρυθμούς.
Η προσδοκία των ερευνητών είναι ότι η μέθοδος αυτή θα προσδώσει ακρίβεια στην τροποποίηση του γονιδιώματος κάτι που στερείται η επίσης υποσχόμενη τεχνική Crispr-Cas9, η οποία αναπτύχθηκε προ επταετίας και είναι γνωστή και ως «μοριακό ψαλίδι». Με δεδομένο ότι η κατάτμηση και τροποποίηση του γονιδιώματος με το «μοριακό ψαλίδι» δεν είναι μέθοδος ακριβείας η εφαρμογή του στην ιατρική έχει καταστεί προβληματική.
Ένας από τους ερευνητές ο Δρ. David Liu σχολίασε ότι «μπορούμε να σκεφτούμε την μέθοδο prime editing σαν ένα επεξεργαστή κειμένου ικανό να εντοπίζει στοχευμένες αλληλουχίες DNA και να τις αντικαθιστά με απόλυτη ακρίβεια».
Η νέα τεχνολογία χρησιμοποιεί μια κατασκευασμένη στο εργαστήριο αλληλουχία γενετικού κώδικα η οποία έχει δυο ρόλους: ο ένας είναι να εντοπίσει το συγκεκριμένο τμήμα του DNA που πρέπει να τροποποιηθεί και ο άλλος περιέχει την επιθυμητή αλλαγή.
Η εν λόγω αλληλουχία είναι σε ζεύγος με ένα ένζυμο (reverse transcriptase, RT) που αντιγράφει τις σχετικές τροποποιήσεις στο DNA.
Οι επιστήμονες εξηγούν ότι οι μεταλλάξεις σε μία ή περισσότερες βάσεις ή αλλιώς γράμματα του γενετικού μας κώδικα (δηλαδή της αδενίνης A, κυτοσίνης C, γουανίνης G και θυμίνης T) μπορεί να προκαλέσουν ασθένειες.
Μια μετάλλαξη που τροποποιεί ένα συγκεκριμένο Α σε Τ λόγου χάρη οδηγεί στην πιο συχνή μορφή δρεπανοκυτταρικής αναιμίας.
Μια ακόμη σπάνια και μοιραία νευρολογική διαταραχή, η νόσος Tay-Sachs, προκαλείται με την προσθήκη τεσσάρων πρόσθετων γραμμάτων στον γενετικό κώδικα.
Η μέθοδος prime editing χρησιμοποιήθηκε για να αναστραφούν και οι δυο αυτές γενετικές μεταλλάξεις σε κυτταρικές σειρές στο εργαστήριο.
Υπολογίζεται ότι υπάρχουν περίπου 75.000 γενετικές μεταλλάξεις που μπορεί να προκαλέσουν διάφορες νόσους. Ο Δρ. Liu εκτιμά ότι η καινοτόμος μέθοδος έχει τη δυναμική να επιδιορθώσει το 89% αυτών. Το υπόλοιπο 11% αφορά περιπτώσεις πολλαπλών αντιγράφων ενός γονιδίου ή απουσίας ενός ολόκληρου γονίδιο.
«Η μέθοδος prime editing είναι μάλλον η αρχή παρά το τέλος μιας φιλόδοξης προοπτικής των μοριακών επιστημών να μπορούν να κάνουν οποιαδήποτε τροποποίηση του DNA σε κάθε θέση ενός κυττάρου ή οργανισμού, συμπεριλαμβανομένων ανθρώπων με γενετικές νόσους» δήλωσε ο Δρ. Liu.
Η πρόκληση της νέας τεχνολογίας γονιδιωματικής τροποποίησης όπως άλλωστε και κάθε τέτοιας τεχνολογίας, είναι η εφαρμογή της με ακρίβεια και ασφάλεια στο ανθρώπινο σώμα.
Πιθανότατα οι πρώτες εφαρμογές να γίνουν σε νόσους όπως η δρεπανοκυτταρική αναιμία και η θαλασσαιμία, όπου τα κύτταρα μπορούν να αφαιρεθούν από τον οργανισμό, να τροποποιηθούν γενετικά και να επανεισαχθούν στο σώμα.
Το νέο αυτό εργαλείο που προστίθεται στην «εργαλειοθήκη» της γονιδιωματικής τροποποίησης θεωρείται υποσχόμενο, αλλά επισημαίνεται ότι απαιτείται ακόμη πολύ δουλειά για τη βελτιστοποίηση της μεθόδου προτού αυτή καταστεί ασφαλής για την εφαρμογή της στην κλινική πράξη.
