De fleste celler i den menneskelige krop har to genetiske biblioteker; den ene i kernen og den anden inden i strukturer kaldet mitokondrier.
Flere forskningsgruppers samarbejdsindsats har ført til en proces, der en dag tillader forskere at ændre instruktionerne, der udgør det "andet" genom i en celle og potentielt behandle en række sygdomme.
Det molekylære grundlag for dette revolutionerende genredigeringsværktøj er DddA-toksinet, der udskilles af bakterien Burkholderia cenocepacia for at dræbe andre mikrober, når konkurrencen om ressourcer bliver alvorlig.
Forskere ved University of Washington har været interesseret i toksinet i et stykke tid og fandt, at det omdanner en nukleinsyrebase kaldet cytosin til en anden, der ofte findes i RNA kaldet uracil.
Dette er ikke første gang, forskere henvender sig til bakterievåben efter ledetråd til, hvordan man indstiller DNA på denne måde. Faktisk er en hel familie af såkaldte deaminaseenzymer allerede blevet anvendt til genteknologi.
Et forskerteam hos MIT har kombineret deaminase med kodeudveksling med CRISPR-teknologi, som indebærer anvendelse af en RNA-skabelon til at identificere sekvensen og derefter bruge enzymer til at foretage ændringer.
Dette er ikke for meget af et problem, hvis du vil foretage ændringer til at duplikere DNA-strenge inde i noget så indbydende som en cellekerne. Men det er ikke let at ændre RNA-skabeloner på tværs af den selektive mitokondrielle membran.
Dette skyldes det faktum, at for mere end en milliard år siden var mitokondrier organismer selv, og med tiden udviklede de sig, idet de delte ansvaret for at nedbryde glukose med celler.
Salgsfremmende video:
Heldigvis havde DddA-toksinet den unikke evne til at ændre begge DNA-strenge og banede vejen for CRISPR - og dens besværlige RNA-skabelon - til fordel for alternative metoder til målretning af den sekvens, du vil ændre.
Denne klasse af enzymer kan tilpasses til at søge efter specifikke nukleinsyrekoder og deres adskillelse. Hvad der er nødvendigt for indførelsen af et toksin, der erstatter cytosin.
Sammen med DddA kan et specielt designet enzym finde målsekvensen i mitokondrierne og omdanne ethvert cytosin, det finder, til uracil, der efterfølgende omdannes til en lignende DNA-specifik rygrad kaldet thymin.
Ligesom mutationer i nuklear DNA kan forårsage en lang række sundhedsmæssige tilstande, kan mutationer i mitokondriske gener også være problematiske, hvilket påvirker alt fra hjerneudvikling til muskelvækst, energiniveau, metabolisme og immunitet.
Forskningen er offentliggjort i tidsskriftet Nature.