Jeszcze do niedawna „świecące” zwierzęta były domeną fantastyki naukowej. Od kilku lat jednak dzięki genetycznym modyfikacjom efekt fluorescencji pozwala badaczom obserwować mechanizmy zachodzące w żywych organizmach na poziomie komórkowym. Teraz dzięki temu samemu zjawisku naukowcy mogą w czasie rzeczywistym śledzić proces redagowania RNA.

W ostatnią niedzielę zespół naukowców z Brown University opublikował pracę, w której po raz pierwszy opisana została technika wykorzystania zjawiska fluorescencji do podglądania „na żywo” procesu redagowania (inaczej: edytowana) RNA. Co więcej – zmutowane geny mogą pełnić swoją naturalną rolę!

Świecące koty

Na przełomie lat 2007/2008 świat obiegły zdjęcia kotów wydzielających w ciemności pomarańczowy blask. Prasa brukowa rozpisywała się o dekoracyjnych właściwościach zwierzątek i rzeczywistości rodem z kiepskich filmów science-fiction, obrońcy praw zwierząt chóralnie „wieszali psy” na koreańskich naukowcach, a ortodoksyjni etycy zyskali kolejny pretekst do dyskusji na temat moralnych aspektów klonowania. Nieco poważniejsze czasopisma zwracały uwagę na znaczenie osiągnięcia w kontekście możliwości, jakie otwierało przed naukowcami – także w kontekście badań medycznych. Celem eksperymentu było uzyskanie dowodu na to, że „obce” geny istotne z medycznego punktu widzenia mogą być wprowadzone do genomu, podlegać ekspresji, a co więcej – podlegają procesowi klonowania. Zjawisko było jednak na tyle widowiskowe, że – poza światem naukowym – mało kto zwrócił uwagę na jego doniosłość. Dziś mutacja zaaplikowana muszkom owocówkom sprawia, że – tym razem zielony – blask pozwala wreszcie badać procesy, których obserwacja dotąd w czasie rzeczywistym była albo całkowicie niemożliwa, albo nastręczała bardzo wielu problemów. Co ciekawe – człowiek, który stworzył „świecące koty” w 2004 roku miał rzekomo jako pierwszy sklonować kota. Niestety, tamto osiągnięcie okazało się spektakularnym oszustwem!

Meduzy i Nagroda Nobla

Wszystko zaczęło się prawie 40 lat temu, kiedy to zespół pod kierunkiem Osamu Shimomury odkrył GFP („Green Fluorescent Protein”, czyli „Zielone Fluorescencyjne Białko”). Białko wyizolowano z… meduzy. Ta „galaretowata” forma parzydełkowca znana jest z tego, że niektóre z jej gatunków – prócz przysparzania plażowiczom bolesnych oparzeń – poddana promieniowaniu ultrafioletowemu emanuje charakterystycznym blaskiem. Zespół Shimomury zbadał to zjawisko i w ten sposób właśnie udało się odkryć, wyizolować i opisać GFP.

W ciągu ponad trzydziestoletnich badań znaleziono liczne zastosowania dla GFP. Możliwe stało się między innymi przyglądanie procesowi wykształcania nerwów, komórek mózgowych, czy rozprzestrzeniania się w organizmie komórek nowotworowych.

W 2008 roku – po 46 latach od odkrycia – Osamu Shimomura, Martin Chalfie i Roger Tsien zostali za swoją gigantyczną pracę uhonorowani Nagrodą Nobla w dziedzinie Chemii.

Redagowanie RNA – transmisja „live”

Redagowanie RNA jest procesem zmiany w transkrypcji RNA, podczas którego następuje zmiana jednej zasady azotowej w inną.  Teoria wydaje się prosta: najpierw następuję transkrypcja DNA do RNA, a to następnie „tłumaczone” jest na proteiny. W rzeczywistości jednak czasem potrzebne jest przekształcenie RNA – ten proces nazywany jest właśnie redagowaniem RNA (ang. RNA editing).

Dzięki badaniom naukowców z Brown University udało się opracować technikę, która pozwala wykorzystać – wspomnianą powyżej – GFP do obserwacji tego właśnie zjawiska. Zespół pod kierunkiem Roberta Reenana stworzył muszki owocówki, których geny poddano mutacji poprzez aplikację „zielonego fluorescencyjnego białka”. Opisana w ostatnią niedzielę w magazynie Nature Methods technologia jest przełomowa, bowiem dotąd nie udało się stworzyć mechanizmu tego rodzaju,  pozwalającego na aż tak szczegółową obserwację – i to całkowicie w czasie rzeczywistym.

„To pierwszy raz, kiedy w laboratorium posłużono się „genomiką porównawczą” naturalnej struktury RNA – w tym wypadku strukturami, które sprawiają, że enzym ADAR dokonuje „odwrotnej inżynierii” syntetycznego RNA.” – wyjaśnia Czytelnikom portalu biotechnologia.pl Reenan.

”Dane uzyskane podczas badania muszek (łac. Dietera), ciem i motyli (łac. Lepidoptera) nauczyły nas „zasad” tego, w jaki sposób natura (selekcja naturalna) „projektuje” te struktury. Następnie posłużyliśmy się tymi zasadami tworząc gen „zielonego fluorescencyjnego białka” (GFP) zależny od wspomnianej struktury i aktywności enzymu ADAR. W ten sposób pokazaliśmy, że zasady, którymi kieruje się natura podczas redagowania RNA mogą teoretycznie odnosić się do dowolnego systemu.

Drugi ważny aspekt to fakt, że stworzyliśmy gen GFP, który ma heterologiczny („wykazujący niezgodność” – przyp.red.) intron (niekodująca sekwencja genu – przyp. red.) oraz sterowaną nim strukturę RNA. Ostatecznie – po zakończeniu procesów splicingu („składanie genu, wycinanie intronu” – przyp. red.) i redagowania – proteina GFP okazała się w sensie funkcjonalnym nieodróżnialna dla organizmu od naturalnego białka wytwarzanego przez meduzę. Udało się zatem zreperować „martwy” zmutowany gen”.

Innymi słowy – technika opracowana w Brown University pozwala na dokonywanie napraw genów uszkodzonych podczas redagowania RNA. Dzięki temu otwiera zupełnie nowe możliwości w dziedzinie medycyny. Jest bowiem szansa na opracowanie nowych terapii genetycznych, na poziomie RNA, które mogą znacząco przyczynić się w leczeniu chorób takich, jak schizofrenia, czy epilepsja. Komentatorzy twierdzą również, że być może realne stanie się opracowanie skutecznego sposobu walki z… tendencjami samobójczymi!

„Jeśli możemy zastosować wspomniane reguły, aby naprawić uszkodzone geny na poziomie RNA, to potencjalnie jesteśmy w stanie zrobić to samo w przypadku choroby bez konieczności dokonywania zmian w genomie. Wprawdzie jest to oczywiście jeszcze kwestia dalekiej przyszłości, ale mogą znaleźć się dla tego procesu zastosowania, których dziś jeszcze nawet nie rozważamy”  - podkreśla Robert Reenan.

Warto zatem zwrócić uwagę na to, że chociaż odkrycie brzmi bardzo obiecująco, to droga od eksperymentów do praktycznego, powszechnego wykorzystania – jest jeszcze daleka. Z drugiej natomiast strony – trudno już dziś przewidzieć wszystkie możliwe zastosowania opisanej techniki. Istnieje natomiast duże prawdopodobieństwo, że prace naukowców z Brown University wytyczą nowe drogi w dziedzinie genetyki, pozwalając na uniknięcie wielu niebezpiecznych manipulacji genomem.

Zabawa, to nauki klucz

Poważne odkrycia mają to do siebie, że często rodzą się w nie całkiem poważnych okolicznościach. Słynna jest już legenda o jabłku Newtona. Ponoć rzeczone jabłko spadło uczonemu na głowę, a ten – właśnie wtedy – uświadomił sobie istnienie grawitacji. Albert Einstein powiedział kiedyś, że „ciekawość nie istnieje bez przyczyny.” Robert Reenan podzielił się z nami anegdotą o tym, jak doszło do odkrycia:

„Pewnego razu utalentowany magistrant Kyle Jay zapytał mnie o możliwość przeprowadzenia badań w laboratorium. Przedstawiłem mu nieskomplikowany projekt i wspomniałem o nieco szalonym pomyśle. Chciał wiedzieć coś o tym ostatnim. Powiedziałem więc, że chcę wziąć gen meduzy, wszczepić do niego intron ćmy, dokonać zabójczej mutacji, a następnie naprawić go enzymem muszki owocówki. Był zachwycony. Eksperymenty, dzięki którym pomysł stał się rzeczywistości - zapewniły nam mnóstwo doskonałej zabawy”.

Adam Czajczyk

źródła: Scientific American, Wikipedia, korespondencja własna