De meeste cellen in het menselijk lichaam hebben twee genetische bibliotheken; één in de kern en de andere in structuren die mitochondriën worden genoemd.
De gezamenlijke inspanningen van verschillende onderzoeksgroepen hebben geleid tot een proces dat wetenschappers op een dag in staat zal stellen om de instructies van het 'andere' genoom van een cel te veranderen en mogelijk een reeks ziekten te behandelen.
De moleculaire basis voor deze revolutionaire tool voor het bewerken van genen is het DddA-toxine dat wordt uitgescheiden door de bacterie Burkholderia cenocepacia om andere microben te doden wanneer de concurrentie om hulpbronnen hevig wordt.
Onderzoekers van de Universiteit van Washington zijn al een tijdje geïnteresseerd in het toxine en ontdekten dat het een nucleïnezuurbase, cytosine genaamd, omzet in een andere die veel voorkomt in RNA, uracil genaamd.
Dit is niet de eerste keer dat onderzoekers zich tot bacteriële wapens wenden om aanwijzingen te krijgen over hoe ze op deze manier DNA kunnen afstemmen. In feite is er al een hele familie van zogenaamde deaminase-enzymen gebruikt bij genetische manipulatie.
Een onderzoeksteam bij MIT heeft deaminase gecombineerd met code-uitwisseling met CRISPR-technologie, wat inhoudt dat een RNA-sjabloon wordt gebruikt om de sequentie te identificeren en vervolgens enzymen gebruikt om wijzigingen aan te brengen.
Dit is niet zo'n groot probleem als je wijzigingen wilt aanbrengen om DNA-strengen te dupliceren in iets dat zo uitnodigend is als de kern van een cel. Maar het veranderen van RNA-sjablonen over het selectieve mitochondriale membraan is niet eenvoudig.
Dit komt door het feit dat mitochondriën meer dan een miljard jaar geleden zelf organismen waren en in de loop van de tijd zijn geëvolueerd en de verantwoordelijkheid voor het afbreken van glucose delen met cellen.
Promotie video:
Gelukkig had het DddA-toxine het unieke vermogen om beide DNA-strengen te veranderen, waardoor de weg werd vrijgemaakt voor CRISPR - en zijn omslachtige RNA-sjabloon - ten gunste van alternatieve methoden om de sequentie die u wilt wijzigen, te richten.
Deze klasse van enzymen kan worden aangepast om te zoeken naar specifieke nucleïnezuurcodes en hun scheiding. Precies wat nodig is voor de introductie van een toxine dat cytosine vervangt.
Samen met DddA kan een speciaal ontworpen enzym de doelsequentie in de mitochondriën vinden en elk gevonden cytosine omzetten in uracil, dat vervolgens wordt omgezet in een vergelijkbare DNA-specifieke ruggengraat genaamd thymine.
Net zoals mutaties in nucleair DNA een breed scala aan gezondheidsproblemen kunnen veroorzaken, kunnen mutaties in mitochondriale genen ook problematisch zijn en alles beïnvloeden, van hersenontwikkeling tot spiergroei, energieniveaus, metabolisme en immuniteit.
Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
