Modyfikacja DNA – czy jest możliwa?

Dzięki modyfikacji genów, którą ludzie stosują już od wieków, udało się stworzyć wiele gatunków roślin i zwierząt o właściwościach bardziej pożądanych przez człowieka i gwarantujących lepsze wyniki produkcji.

Od kilkudziesięciu lat, dzięki wykorzystaniu modyfikacji DNA w ramach terapii genowej, możliwe jest także modyfikowanie genomu człowieka, które po raz pierwszy przynosi realne szanse na zdrowie dla osób chorujących na ciężkie schorzenia, uwarunkowane genetycznie

Modyfikacja ludzkiego DNA a inne modyfikacje

Organizmy modyfikowane genetycznie pojawiły się na Ziemi już kilkaset lat temu, gdy pierwsi hodowcy zaczęli krzyżować ze sobą różne gatunki roślin i zwierząt, aby zmodyfikować ich właściwości na takie, które będą dla nich korzystniejsze. Wraz z postępem nauki możliwe stało się również modyfikowanie genomu człowieka, przynoszące nadzieję pacjentom, zmagającym się z ciężkimi, nieuleczalnymi wcześniej chorobami genetycznymi. Choć terapia genowa wciąż jest dziedziną eksperymentalną, stosowaną bardzo ostrożnie, po wyczerpaniu innych możliwości leczenia, to jednocześnie stanowi bardzo dynamicznie rozwijającą się dyscyplinę wiedzy, przynoszącą nadzieję na skuteczną terapię, nieuleczalnych wcześniej chorób.

Modyfikacja DNA – czym jest?

Modyfikacja DNA jest podstawową metodą, wykorzystywaną przez inżynierię genetyczną oraz terapię genową. Jej celem jest wprowadzenie do genomu zmian, dzięki którym organizm zyskuje nowe, pożądane cechy, których nie jest w stanie rozwinąć samodzielnie, bez ingerencji z zewnątrz. Modyfikacja DNA może być również wykorzystywana do usuwania niekorzystnych wariantów genetycznych, przede wszystkim tych, które są odpowiedzialne za rozwój chorób i zastępowanie ich wariantami umożliwiającymi prawidłową produkcję białek. Możliwe jest także wprowadzenie do genomu dodatkowych sekwencji, które są w stanie wyciszyć, czyli zahamować geny o niekorzystnym działaniu, znosząc ich działanie i zmniejszając tym samym, uciążliwe dla pacjenta objawy. Dzięki temu geny, które są szkodliwe, mogą być eliminowane, a geny korzystne – wprowadzane do organizmu.

Modyfikacja materiału genetycznego opiera się przede wszystkim na wprowadzaniu do komórek biorcy określonego fragmentu kwasu nukleinowego (najczęściej DNA), uzyskanego z komórek innego organizmu – dawcy. Do pobrania DNA konieczne jest użycie specjalnych enzymów restrykcyjnych, które wycinają ściśle określony fragment kwasu nukleinowego, zawierający tylko i wyłącznie te geny, które mają być wstawione do modyfikowanego genomu. Następnie tak wyizolowany fragment kwasu nukleinowego jest przenoszony do komórek biorcy. Do tego celu używa się m.in. wektorów, wprowadzających zmodyfikowany materiał genetyczny do wnętrza komórki (najczęściej są nimi wirusy i plazmidy) oraz enzymów nazywanych ligazami, które biorą udział w tworzeniu wiązań między pociętymi fragmentami kwasu nukleinowego dawcy a DNA obecnym w jądrze komórki biorcy.

Jednym z pierwszych sukcesów, uzyskanych dzięki tej metodzie było wprowadzenie ludzkiego genu kodującego insulinę do komórek bakterii, dzięki czemu zaczęły one produkować ludzki hormon, wykorzystywany m.in. do leczenia pacjentów z cukrzycą typu I. 

Do czego wykorzystuje się modyfikację DNA?

Modyfikacja DNA jest wykorzystywana w przemyśle spożywczym, w medycynie do terapii genowej, ale także do otrzymywania preparatów leczniczych, wykorzystywanych w przemyśle farmaceutycznym. 

Do produkcji leków często używa się modyfikowanych genetycznie mikroorganizmów. Wśród uzyskanych tą drogą preparatów można wymienić np. insulinę, niezbędną do leczenia cukrzycy, hormon wzrostu, czynniki krzepnięcia krwi, używane m.in. w leczeniu pacjentów chorujących na hemofilię, hirudynę o działaniu przeciwzakrzepowym, interferon – jeden z najskuteczniejszych środków antywirusowych, czy erytropoetynę, zwiększającą produkcję czerwonych krwinek u osób chorych na anemię lub niewydolność nerek. Dzięki osiągnięciom biotechnologii możliwe jest także wykorzystanie mikroorganizmów do produkcji szczepionek. 

Modyfikacja ludzkiego DNA – czy jest możliwa?

Modyfikacja ludzkich genów jest możliwa i stanowi przedmiot zainteresowania medycyny już od kilkudziesięciu lat – początek badań nad terapią genową miał miejsce w okolicach roku 1962, kiedy to prof. Wacław Szybalski dokonał udanego transferu genu między komórkami ssaków. Dziś terapia genowa należy do najszybciej rozwijających się gałęzi medycyny i z pewnością w ciągu najbliższych lat ta tendencja będzie się utrzymywać.

Celem terapii genowej jest przede wszystkim leczenie chorób genetycznych, zwłaszcza tych o ciężkim przebiegu lub prowadzących do śmierci, za pomocą modyfikacji uszkodzonych genów. Modyfikacji tych można dokonywać zarówno w komórkach somatycznych (czyli tych budujących ciało dziecka lub osoby dorosłej), jak i w gametach (czyli komórkach rozrodczych: plemnikach lub komórkach jajowych). W zdecydowanej większości krajów prawo nie dopuszcza jednak możliwości prowadzenia terapii genowej gamet, a eksperymenty na ludzkich zarodkach są zabronione.

Modyfikacja genetyczna człowieka z punktu widzenia medycyny

Modyfikacja genetyczna człowieka znajduje zastosowanie przede wszystkim w terapii genowej, przeznaczonej do leczenia chorób, za których powstanie odpowiadają wadliwe geny. Celem terapii może być wprowadzenie do komórek pacjenta prawidłowej kopii uszkodzonego genu, wyłączenie genu o działaniu szkodliwym lub też wprowadzenie dodatkowego genu terapeutycznego, produkującego białko o działaniu znoszącym objawy choroby. W przypadku chorób nowotworowych, w ramach terapii eksperymentalnych, stosowane jest również wprowadzenie do komórki genów produkujących białka prowadzące do apoptozy, czyli zaprogramowanej śmierci komórki lub też genów zwiększających odpowiedź immunologiczną, co prowadzi do usunięcia z organizmu komórek guza.

Za pomocą terapii genowej podjęto już próby wyleczenia takich chorób, jak: ciężki niedobór odporności (SCID), wrodzona ślepota, pląsawica Huntingtona, nowotwory, czy choroby wywołane przez mutacje pojedynczego genu – anemia sierpowata, mukowiscydoza, hemofilia. Pierwsze leki bazujące na terapii genowej, zostały wprowadzone do obrotu w 2003 roku w Chinach, a do 2013 roku terapia genowa została zastosowana w ponad 1700 przypadkach, które miały miejsce przede wszystkim w Niemczech, USA i Wielkiej Brytanii. Mimo że dostęp do terapii genowej wciąż jeszcze bywa mocno ograniczony, to pozostaje ona wielką nadzieją dla wielu nieuleczalnie chorych osób, dla których nie istnieją inne metody leczenia.

Polecane artykuły

Choroby autoimmunologiczne – czy są dziedziczne?

Choroby immunologiczne (nazywane także chorobami z autoagresji) to grupa przewlekłych schorzeń, rozwijających się na podłożu nieprawidłowego działania układu odpornościowego. Choroby z autoagresji mogą dotyczyć wielu tkanek i narządów, dając wiele objawów.

Czytaj dalej

Co dziedziczymy po rodzicach?

Jaka jest różnica między cechami dziedzicznymi a niedziedzicznymi? Oprócz wpływu na cechy wyglądu i charakteru czynniki genetyczne odgrywają także ważną rolę w przekazywaniu chorób genetycznych i determinowaniu płci.

Czytaj dalej

Genotyp a fenotyp – czym są i jakie mają właściwości?

Badanie zależności między genotypem (pulą genów) organizmu, a jego fenotypem, czyli cechami zewnętrznymi, pozwala nie tylko na przewidywanie efektów działania poszczególnych genów.

Czytaj dalej