Znajdź zawartość

Uczeni z University of Pennsylvania poinformowali o opracowaniu nowego sposobu leczenia nowotworów. Wykorzystując zmodyfikowane genetycznie limfocyty T doprowadzili do rocznej remisji guzów u osób cierpiących na zaawansowaną przewlekłą białaczkę limfatyczną. Naukowcy najpierw pobrali limfocyty pacjentów, następnie zmodyfikowali je genetycznie, wyprodukowali z nich szczepionkę i po chemioterapii wprowadzili ją do organizmów chorych. W ciągu trzech tygodni guzy zostały zniszczone. Odbyło się to znacznie bardziej gwałtownie, niż oczekiwaliśmy. To działa lepiej, niż myśleliśmy - mówi doktor Carl June. Pilotażowe badania prowadzono na trzech pacjentach, a ich wyniki są znacznie lepsze od każdej obecnie stosowanej terapii. Pacjentom, którzy brali udział w badaniu, pozostało już niewiele opcji leczenia. Mogli się jeszcze poddać przeszczepowi szpiku kostnego. Jednak ta terapia wymaga długotrwałej hospitalizacji, jest skuteczna w nie więcej niż 50% przypadków, a ryzyko śmierci wynosi co najmniej 20%. U pacjentów, którzy nie mają innego wyjścia, zwykle podejmuję się przeprowadzenia bardzo ryzykownych terapii, w nadziei, że uda się ich wyleczyć. Ta metoda pozwala na uzyskanie podobnych wyników, ale jest bezpieczniejsza - mówi profesor David Porter, drugi z autorów badań. Po pobraniu od pacjenta limfocytów T uczeni zmodyfikowali je używając jako wzorca sposobu działania lentiwirusów. Do genomu komórek wstawili gen kodujący proteinę CAR (chimeric antigen receptor), zdolną do wiązania proteiny CD19, pojawiającej się na limfocytach B oraz komórkach białaczki limfatycznej. Zarówno cząsteczki CAR, jak i CD19 są wytwarzane na powierzchni odpowiednich komórek, co oznacza, że w razie kontaktu zmodyfikowane limfocyty T z łatwością wiązały komórki białaczkowe oraz limfocyty B, zaś interakcja taka wywoływała apoptozę tych ostatnich. Aby dodatkowo wzmocnić przeciwnowotworowe działanie limfocytów T, do genomu limfocytów T wprowadzono gen kodujący dodatkową cząsteczkę sygnałową. Dzięki niej po połączeniu CAR oraz CD19, ale jeszcze przed śmiercią limfocytu B, komórka stanowiąca cel terapii zaczynała wydzielać cytokiny, które pobudzały limfocyty T do kolejnych podziałów. Uzyskano w ten sposób swoisty "efekt kuli śniegowej" (im skuteczniejsza jest terapia, tym bardziej wzrasta jej skuteczność), ale jednocześnie zapewniono automatyczne wyciszenie reakcji immunologicznej po wyniszczeniu komórek białaczkowych. Podczas eksperymentów zauważono, że liczba limfocytów T zwiększa się co najmniej 1000-krotnie. Lekarstwa tego nie potrafią. Ponadto te wprowadzone przez nas do organizmu limfocyty są seryjnymi mordercami. Każdy z nich zabija przeciętnie tysiące komórek nowotworowych. Podczas eksperymentów średnio u każdego pacjenta zlikwidowaliśmy niemal kilogram masy nowotworowej - mówi June. Jak ważny jest olbrzymi wzrost liczby limfocytów T uczeni przekonali się na przykładzie 64-letniego pacjenta. Przed leczeniem jego krew i szpik były wypełnione komórkami nowotworowymi. Przez dwa tygodnie po podaniu zmodyfikowanych limfocytów T nic się nie działo. Nagle 14. dnia pacjent dostał dreszczy, mdłości, wzrosła mu gorączka i pojawiły się inne objawy. Jak wykazały przeprowadzone badania, liczba limfocytów T w jego krwi wzrosła na tyle, że wywołały one masywne obumieranie komórek nowotworowych, które spowodowało z kolei rozwój zaobserwowanych symptomów. Po kolejnych 14 dniach objawy minęły, a testy wykazały, że we krwi i szpiku nie występują komórki nowotworowe.

Modyfikując genetycznie niepobudliwe w zwykłych okolicznościach komórki, naukowcy z Duke University przekształcili je w komórki zdolne do generowania i przekazywania sygnałów elektrycznych. Rozwiązania tego typu znajdą zapewne zastosowanie w leczeniu chorób układu nerwowego i serca (Nature Communications). Wprowadzając tylko 3 kanały jonowe [a właściwie ich geny], byliśmy w stanie zapewnić nieaktywnym zwykle elektrycznie komórkom zdolność bycia wzbudzanymi przez zmianę potencjału elektrycznego w środowisku – wyjaśnia Rob Kirkton. Przeprowadziliśmy też potwierdzające słuszność koncepcji eksperymenty, w ramach których te zmodyfikowane komórki potrafiły zapełnić duże elektryczne luki pomiędzy komórkami serca szczurów. Prof. Nenad Bursac, który nadzorował prace Kirktona, podkreśla, że uzyskane pobudliwe elektrycznie komórki mogą być ważne w leczeniu zawałów serca, w których uszkodzone części mięśnia sercowego stają się elektrycznie niekompatybilne i nie są w stanie kurczyć się synchronicznie z sąsiadującymi z nimi zdrowymi komórkami. Akademicy z Duke University dywagowali, że zaledwie kilka podstawowych kanałów wystarczy, by wyzwolić pobudliwość elektryczną komórek. Wytypowano 3 konkretne kanały, w tym potasowy, sodowy i połączenia jonowo-metaboliczne. Wszystkie one odgrywają krytyczną rolę w generowaniu i rozprzestrzenianiu aktywności elektrycznej w ssaczym sercu – podkreśla Kirkton. Po zademonstrowaniu, że po modyfikacjach genetycznych komórki ludzkich nerek stają się pobudliwe elektrycznie, zaczęto sprawdzać, czy potrafią przekazać potencjał czynnościowy między dwiema komórkami serca w hodowlach dwu- i trójwymiarowych. Naukowcy stworzyli ścieżkę w kształcie litery "S" z klastrami zdrowych, żywych komórek szczurzego serca na każdym końcu. Przestrzeń między nimi wypełniano albo niepobudliwymi elektrycznie komórkami (scenariusz kontrolny), albo komórkami zmodyfikowanymi genetycznie. Gdy na jeden z klastrów komórek serca zadziałał bodziec, sygnał szybko się przemieszczał, napotykając wreszcie na niepobudliwe komórki. Gdy jednak zastosowano komórki zmodyfikowane genetycznie, szybko powstawał impuls elektryczny, który przemieszczał się przez esowaty odcinek o długości 3 cm. Ostatecznie docierał do klastra komórek serca na drugim krańcu szlaku. Jeśli dla odmiany bodziec przykładano do zmodyfikowanych komórek na środku szlaku, impuls podróżował w kierunku obu końców z komórkami serca i następowało ich wzbudzenie. Kirkton zaznacza, że nowo uzyskane komórki łatwo hodować w laboratorium, wszystkie są identyczne genetycznie i funkcjonalnie, można je też dalej modyfikować, aby zmienić ich zachowanie elektryczne lub budowę. Komórki te można wykorzystać jako laboratoryjną platformę do badania roli specyficznych kanałów jonowych w bioelektryczności na poziomie tkankowym oraz skuteczności nowych leków lub terapii […].

Dostarczanie DNA czy białek do wnętrza komórek bywa niekiedy bardzo trudne. Wiele typów komórek zwyczajnie nie poddaje się takim procedurom bądź bardzo źle znosi jakąkolwiek ingerencję. Zespół prof. Hongkuna Parka z Uniwersytetu Harvarda znalazł jednak skuteczny i bezpieczny sposób na umieszczanie we wnętrzu komórek najważniejszych makrocząsteczek. Procedura zaproponowana przez badacza z USA opiera się na wykorzystaniu nanodrutów - podłużnych struktur wykonanych z krzemu o długości kilkudziesięciu nanometrów. Koledzy z zespołu prof. Parka pokryli płytki hodowlane milionami nanodrutów wyrastających z dna niczym szpilki, a następnie umieścili w naczyniach komórki adherentne, tzn. wykazujące tendencję do przylegania do dna naczynia. Próba przytwierdzenia się do powierzchni płytki nieuchronnie oznaczała dla komórek nadzianie się na nanodruty. Jak jednak zauważono, odpowiednie dobranie zagęszczenia oraz długości krzemowych pręcików pozwala na wbicie się wielu z nich do wnętrza komórki bez przebijania jej na wylot czy naruszania jej prawidłowej struktury i stanu fizjologicznego. Odkrywszy brak niekorzystnego wpływu nanodrutów na twory ożywione, prof. Park zaczął pracować nad opracowaniem systemu dostarczania cząsteczek do wnętrza komórek. W tym celu pokryto nanodruty powłoką umożliwiającą słabe wiązanie DNA, RNA oraz białek, a następnie wpuścił do zmodyfikowanego w ten sposób naczynia komórki przeznaczone do modyfikacji. Jak się okazało, wiele prób modyfikacji komórek zakończyło się pełnym powodzeniem i zmodyfikowaniem funkcji komórki w sposób porównywalny do wielu metod stosowanych obecnie. Co prawda nowa technika najprawdopodobniej nie będzie skuteczna w przypadku komórek dążących do pozostania w zawiesinie (a więc np. komórek krwi), lecz modyfikacja komórek adherentnych tą metodą może się okazać bardzo skuteczna. Zdaniem Aviv Regev, zajmującej się komórkami macierzystymi badaczki z Broad Institute, jest oczywistym, że [ta metoda] ma ogromny potencjał. Trzymamy więc kciuki za powodzenie dalszych badań.

Larwy pszczół wytwarzają jedwabny oprzęd, by wzmocnić woskowe ścianki lokum, w którym dochodzi do przepoczwarzenia. Naukowcy z australijskiego CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) uzyskali tę nić sztucznie, modyfikując genetycznie bakterie Escherichia coli. Badacze ręcznie wyciągali doskonałej jakości nić z "zupy" białek jedwabiu. Nie ustępowała ona wytrzymałością nici pozyskiwanej z gruczołu przędnego. By wytworzyć białka jedwabiu, posłużyliśmy się zrekombinowanymi komórkami E. coli, które we właściwych warunkach same organizowały się w sposób przypominający budowę gruczołu przędnego pszczół. Wiedzieliśmy wcześniej, że włókna można ręcznie wyciągać z zawartości owadzich gruczołów, dlatego wykorzystaliśmy tę informację, aby ręcznie wyciągnąć włókna z dostatecznie skoncentrowanej i lepkiej mikstury zrekombinowanych białek jedwabnych. Chcąc uzyskać półprzezroczystą stabilną nić, w rzeczywistości musieliśmy powtórzyć tę czynność dwukrotnie. Jak tłumaczy dr Sutherland, przedtem wielokrotnie próbowano doprowadzić do ekspresji jedwabi bezkręgowców w systemach transgenicznych, ale skomplikowany układ genów jedwabiu w branych wtedy pod uwagę organizmach oznaczał, że wytwarzanie nici poza gruczołami przędnymi było wyjątkowo trudne. Uprzednio zidentyfikowaliśmy cztery niewielkie, niepowtarzalne geny jedwabne pszczoły. To dużo prostszy układ, który sprawiał, że owad ten był doskonałym kandydatem do produkcji transgenicznego jedwabiu. Zdobytą z takim wysiłkiem nić można wykorzystać w lekkich, ale i wytrzymałych tkaninach lub zaawansowanych kompozytach używanych w lotnictwie i marynarce. Z pewnością znajdzie ona również zastosowanie w medycynie, a konkretnie w szwach, ścięgnach czy wiązadłach nowej generacji.

Naukowcy z Iowa State University opracowali skuteczną metodę precyzyjnej modyfikacji materiału genetycznego komórek roślinnych. Ich pomysł opiera się na celowym wywołaniu uszkodzeń w DNA komórek docelowych i wstawieniu w ich miejsce specjalnie przygotowanej nici DNA zawierającej gen odpowiedzialny za nową cechę organizmu. Rozwiązanie zaproponowane przez zespół kierowany przez Davida Wrighta oraz Jeffery'ego Townsenda opiera się na wykorzystaniu tzw. nukleaz z motywem palca cynkowego. Te syntetyczne enzymy, stworzone dzięki połączeniu fragmentów genów kodujących dwie inne proteiny, posiadają zdolność do rozcinania nici DNA w ściśle określonych miejscach. Dzięki ich aktywności w cząsteczce DNA powstaje luka, w którą może wkomponować się DNA zawierające gen będący obiektem modyfikacji. Dzięki zaplanowaniu miejsca rozcięcia nici DNA możliwe jest zajście procesu tzw. rekombinacji homologicznej. Polega on polega na dopasowaniu do siebie sekwencji rozcinanego DNA komórkowego oraz fragmentu DNA zawierającego obcy gen w sposób umożliwiający zajście integracji w sposób spontaniczny, tzn. korzystny z punktu widzenia termodynamiki. To ogromny krok naprzód w porównaniu do większości metod stosowanych dotychczas, w których integracja zachodzi w sposób przypadkowy. Największą zaletą metody opracowanej na Iowa State University jest jej wydajność. Jak obliczyli autorzy eksperymentu, do integracji homologicznej dochodzi aż w 2% komórek. To ogromny krok naprzód, ponieważ dotychczasowe techniki "celowanej" modyfikacji genetycznej pozwalały na osiągnięcie skuteczności na poziomie jednej komórki na dziesięć milionów. Autorzy nowej techniki liczą, że jej zwiększona precyzja pozwoli na zwiększenie poziomu akceptacji urzędników dla tworzenia GMO. Dotychczas procedury tego typu były uznawane za potencjalnie niebezpieczne, przez co konieczne było wykonywane wielu czasochłonnych i drogich testów potwierdzających ich bezpieczeństwo. Teraz, gdy modyfikację genetyczną można ściśle zaplanować, można liczyć, że dopuszczenie nowych odmian zmodyfikowanych genetycznie roślin do stosowania w rolnictwie będzie nieco prostsze.

Specjaliści z California Institute of Technology zmodyfikowali genetycznie komórki drożdży, umożliwiając im syntezę wielu związków, których produkcja była dotąd zarezerwowana dla roślin. Opracowane mikroorganizmy mogą znacznie obniżyć koszty produkcji wielu powszechnie stosowanych substancji. Komórki drożdży piekarskich (Saccharomyces cerevisiae) są powszechnie używane nie tylko do produkcji pieczywa. Są one stosowane także jako "żywe reaktory" do produkcji leków (czego przykładem jest np. szczepionka przeciw wirusowi HPV) oraz wielu substancji używanych w przemyśle. Dwie badaczki z California Institute of Technology (Caltech), magistrantka Kristy Hawkins oraz jej opiekunka prof. Christina D. Smolke, postanowiły rozszerzyć ich możliwości o produkcję alkaloidów benzoizochinolinowych (BIA - ang. benzylisoquinoline alkaloids). Powszechnie stosowane związki z tej grupy to m.in. niektóre składniki kosmetyków, morfina czy nikotyna. Aby osiągnąć zamierzony efekt, badaczki zmodyfikowały komórki S. cerevisiae poprzez dodanie kilku genów charakterystycznych dla roślin wytwarzających BIA. Dzięki eksperymentowi możliwe było przeprowadzenie w komórkach drożdży syntezy retikuliny, jednego z podstawowych związków z tej grupy. Uzyskany produkt można szybko i tanio zmodyfikować w celu wytworzenia znacznej liczby substancji posiadających szerokie spektrum właściwości biologicznych. Mogą być używane m.in. jako leki zwiotczające mięśnie, uśmierzające ból czy przyśpieszające wzrost włosów. Niektóre alkaloidy benzoizochinolinowe posiadają także właściwości antymalaryczne, antyoksydacyjne czy przeciwnowotworowe. Potencjalne zastosowanie opracowanej technologii jest ogromne. Jak tłumaczy prof. Smolke, szacuje się, że istnieją tysiace związków w rodzinie BIA. Posiadanie źródła, które umożliwi wytwarzanie znacznych ilości określonych substancji z tej grupy, jest krytyczne, by możliwe było wykorzystanie ich różnorodnych właściwości. Dotychczas badania nad nimi były niejednokrotnie ograniczone ze względu na fakt, że jedynym ich źródłem były rośliny, wytwarzające je często w bardzo małych ilościach. Użycie w tym celu komórek drożdży, stosowanych powszechnie w inżynierii genetycznej ze względu na wysoką wydajność syntezy przy niskich kosztach hodowli, powinno znacząco uprościć ten proces. Kolejnym etapem eksperymentu badaczek z Caltech było wstawienie do "podstawowej wersji" drożdży kolejnych genów, odpowiedzialnych za modyfikację cząsteczek retikuliny. Pozwoliło to na wytwarzanie związków, z których można łatwo wytworzyć m.in. sangwinarynę (składnik pasty do zębów), antybiotyk berberynę oraz morfinę. Zdaniem prof. Smolke, w ciągu trzech lat powinno udać się wytworzenie specjalnych odmian S. cerevisiae, dzięki którym możliwa będzie synteza gotowych leków. Zmodyfikowane drożdże mogą posłużyć nie tylko do poprawy wydajności syntezy znanych alkaloidów, lecz także do poszukiwania zupełnie nowych, nieznanych dotąd związków. Być może niektóre z nich okażą się bardzo przydatne z punktu widzenia człowieka ze względu na unikalne właściwości, których nie wykazują podobne substancje występujące w naturze. Zdaniem prof. Smolke prowadzone przez nią i jej podopieczną badania mają potencjał, który może zostać wykorzystany do poszukiwania nowych leków przeciwko wielu chorobom. Praca ta jest także ekscytującym przykładem coraz bardziej skomplikowanych metod modyfikowania układów biologicznych w celu podejmowania wielkich wyzwań ludzkości.

Bawełna kojarzy się raczej z przyjemnymi w dotyku ubraniami czy tekstyliami obecnymi w domach, ale wkrótce stanie się może także bogatym źródłem pożywienia. Zwykła bawełna jest dla ludzi niejadalna, ponieważ w jej skład wchodzi gossypol. Karmi się nią np. bydło, które lepiej toleruje toksynę. Naukowcy z Texas A&M University stworzyli zmodyfikowaną genetycznie bawełnę, której nasiona zawierają bardzo mało (lub wcale) gossypolu. Stałyby się one źródłem białka dla milionów głodujących ludzi. Wysiłki Amerykanów opisano we wtorkowym wydaniu magazynu Proceedings of the National Academy of Sciences. Keerti Rathore z Institute for Plant Genomics and Biotechnology podkreśla, że gossypol nadal występuje w liściach i łodygach zmodyfikowanych roślin, by mogły się one bronić przed atakami owadów. Zmniejszono jego stężenie jedynie w nasionach. Wcześniej nierozważnie usunięto go ze wszystkich części roślin, które zostały zniszczone przez różne gatunki insektów. Na całym świecie rocznie produkuje się 44 mln ton bawełny. Uprawia się ją w 80 krajach. Dwadzieścia trzy procent nasion to białka — wylicza Rathore. Wyciska się z nich olej, a pozostałości przeznacza na paszę dla zwierząt. Po wyeliminowaniu gossypolu nasiona można by mleć na mąkę i używać jej do gotowania. Rathore mówi, że nie próbował bawełnianej mąki, ale inni badacze tak i twierdzili, że jest smaczna. Naukowcy oceniający prace genetyków z Teksasu podkreślają, że należy sprawdzić, czy modyfikacja eliminująca gossypol jest stabilna (nie zanika w następnych pokoleniach). Warto się też zastanowić, jak przełamać ludzki lęk przed żywnością modyfikowaną genetycznie. Wielu ekspertów uważa, że dla rolników z Afryki Zachodniej, którzy i tak obsadzają swoje pola bawełną, uprawianie odmiany z nasionami jadalnymi zarówno dla ludzi, jak i dla zwierząt byłoby czymś naprawdę korzystnym.