I modern medicin blinkar ordet "gen" i alla slags sammanhang och konjugationer. Det finns genetik och genomik. Det finns metagenomik, genteknik, genprognos och molekylär genotypning. Det är lätt att förvirra de olika grenarna inom DNA-vetenskapen om du inte gör det själv, men du har antagligen hört talas om en underkategori som har dykt upp mycket i media de senaste åren: genterapi. Vad är genterapi? Detta är medicinsk användning av genetiskt material.
För att förstå vad allt betyder och varför denna terapi är så kraftfull måste du börja med en liten introduktion till själva generna. Gener bor i det säkert skyddade genomet i cellen, ett bibliotek med ritningar som gör att varje levande sak kan utvecklas och ordna sig själv som den ska. För att implementera sin kod måste de flesta gener "översättas" till protein - DNA-koden bestämmer ordningen på aminosyror som måste läggas till kedjan, som sedan vikas till den form som ges av sekvensen. Det är genom denna vikta tredimensionella struktur som proteinet utför sin funktion i cellen.
Så om du vill ändra vad som händer i cellen kan du göra detta genom att ändra DNA, som kodar för proteinets form som fungerar som en exekutor. Och om det finns ett dosproblem, till exempel en kopia av en gen istället för två, kan vi öka proteinutbytet genom att placera vår egen andra kopia. I alla fall ändrar vi de gener som finns tillgängliga för cellens vanliga proteinframställningsmaskineri för att förändra cellernas beteende.
Låter enkelt. Men är det så lätt att göra? Självklart inte.
För det första är det mycket svårt att anpassa nya eller förändrade gener till cellerna som behöver korrigeras. Celler har utvecklats speciellt för att förhindra att detta händer - forskare måste hacka virus som har utvecklats för att komma in i cellen för detta ändamål. Men de är fortfarande inte perfekta; varje enskild cell i din kropp har sin egen kopia av genomet, komplett och (mestadels) identiskt med resten, och det är omöjligt att ändra varje cell i din kropp. Även om vi framgångsrikt redigerar miljontals kopior av ditt genom kommer miljarder av dem att förbli orörda.
Således involverade de tidigaste och fortfarande viktigaste tillämpningarna av genterapi provrör - ett benmärgsprov togs bort från en patient, genen av intresse ändrades och sedan injicerades de korrigerade cellerna tillbaka i värden. Detta brukade bara fungera om de reparerade cellerna levde längre eller hade en bättre hälsa än deras naturliga motsvarigheter, så att de så småningom trängde ut de sjuka cellerna och dominerade befolkningen.
Först nu har det blivit möjligt att redigera gener i en levande patients kropp. Genterapi är nu bäst på att hantera problem som påverkar en specifik celltyp, ett begränsat antal av dem. Det genetiska problemet som vi löser kan förbli i de återstående intakta cellerna, men om det inte använder dem för att fungera, betraktas det inte som ett medicinskt problem. Vissa typer av leverceller och cochlea hårceller från däggdjursöron citeras som exempel på nuvarande målceller.
Kampanjvideo:
I båda fallen kan återbehandling med viruset "infektera" en tillräckligt hög andel av en specifik cellpopulation med vår terapeutiska gen för att den önskade effekten ska uppstå. Vissa genterapimetoder placerar helt enkelt en medicinsk gen i kärnan i en värdcell, där den kommer att ligga och göra proteiner, precis som den naturligt skulle göra. Men på lång sikt fungerar detta bara med celler som inte delar sig över tid, som neuroner. Om celler delar sig, som de flesta celler, kan vår gen hålla sig till värdcellens genom eller hålla sig bakom när cellen reproduceras.
Den viktigaste tekniken för att uppnå denna typ av skarvning kallas CRISPR; förkortningen betyder korta palindromiska upprepningar, regelbundet arrangerade i grupper. Det viktiga är att om vår gen sätts in tillsammans med CRISPR-proteinet och RNA-systemet, delas genen in i genomet vart du vill. Cellerna kommer att dela upp och reproducera den inbäddade genen som om den var där hela tiden.
Det är viktigt att komma ihåg att genom att korrigera ett genetiskt problem förändrar vi inte något i sjukdomens ärftlighet. Att korrigera dövhet genom att exempelvis redigera DNA i cochlea-hårceller minskar inte sannolikheten för överföring av sjukdomen till avkommor.