Inimese elundite siirdamiseks geneetiliselt muundatud sigade tootmisele spetsialiseerunud EGenesis on teatanud mitme toimetatud looma sünnist. Nad kaotasid kolm geeni, omandasid üheksa ja kaotasid ka genoomis paljunevad 25 viirust. Samal ajal on sead täiesti terved ja viljakad ning nende rakud ei põhjusta inimese immuunsussüsteemi komponentide agressiooni. Lähiaastatel on kavandatud siirdamise kliinilised uuringud inimestel. Töö eeltrükk postitatakse portaali bioRxiv.
Inimese elundite siirdamisel on kolm takistust. Esimene neist on füsioloogiline ühilduvus: organ peab olema sobiva suuruse, struktuuri ja funktsioonidega. Selles mõttes on mugav objekt siga, kelle paljud elundid - näiteks süda või neerud - ei erine oluliselt inimese omadest.
Teine takistus on immuunne hülgamine. Inimkeha reageerib ettevaatlikult mis tahes harjumatule molekulile, kuid mõned - näiteks võõraste rakkude pinnal olevad suhkrud - põhjustavad eriti tugevat agressiooni.
Lõpuks, kolmas on viirused, mida iga organism kannab oma genoomis. Me ei räägi aktiivsetest viirustest, mis põhjustavad epideemiaid, vaid endogeensetest, st neist, mis ei tapa rakku, vaid paljunevad ainult selle tuumas. Kuid kui rakk ikkagi hoiab omaenda viiruseid kontrolli all, siis kui võõrad rakud nakatavad seda uute viirustega, siis ei pruugi ta hakkama paljunemise tagajärgedega.
Selleks, et sea elund saaks inimestega ühilduvaks, võttes arvesse kõiki neid nõudeid, on vaja teha mitu geeni korraga. Alguses üritasid nad seda saavutada geenide väljalöömise kaudu ja mitme koputusega siga süda kestis paavianide kehas tervelt kolm aastat.
Kuid 2015. aastal asutasid Ameerika geneetik George Church ja Hiina bioloog Luhan Yang ettevõtte eGenesis, mille eesmärk oli luua sead, mida modifitseeriti korraga mitme geeniga. Mõne aja pärast teatasid kiriku juhitud teadlased, et suutsid searakud endogeensetest retroviirustest täielikult puhastada. Nüüd on Church ja Jan astunud järgmise sammu: luua nii "viirusevabad" kui ka immunoloogiliselt sobivad loomad.
Selleks pidid eGenesise teadlased välja töötama mitmeastmelise protokolli. Alustuseks võtsid nad tavalise sea kõrvast fibroblastide kultuuri. Elektroporatsiooni abil viidi neisse CRISPR / Cas9 süsteemi molekulid, et lõigata DNA-st välja kolm geeni, mis põhjustavad inimkehas tugevaima äratõukereaktsiooni. Samal ajal viidi rakkudesse üheksa uue, juba inimese geeniga plasmiidi, mis vastutavad immuunvastuse ja vere hüübimisprotsesside pärssimise eest. Seega ei tohiks saadud rakud mitte ainult põhjustada immuunsuse agressiooni, vaid ka seda alla suruda.
Pärast kinnitust, et toimetamine õnnestus, eemaldasid teadlased fibroblasti tuumade ja paigutasid need tuumavabadesse munadesse - see on juba ammu välja töötatud kloonimismeetod. Embrüod arenesid munadest, mis olid istutatud asendusemadusse, kes sünnitas esimese põlvkonna põrsad. Nendel sigadel olid endiselt viirused, kuid nad pidid juba osutuma inimestele immunoloogiliselt sobivaks.
Reklaamvideo:
Teadlased isoleerisid taas oma kehast fibroblastide kultuuri ja viisid selles läbi redigeerimise järgmise etapi: jällegi viidi elektroporatsiooni abil rakkudesse CRISPR / Cas9 süsteem, mis ründas pöördtranskriptaasi geeni - võtmeensüümi, millega endogeensed viirused genoomis paljunevad. Pärast seda isoleeriti ka rakutuumad, asetati munarakud ja saadi teise põlvkonna põrsad. Sead kaotasid seega kolm geeni, said üheksa ja kaotasid ka kakskümmend viis aktiivselt paljunevat viirust.
Teadlased kontrollisid, et redigeeritud sead olid geneetiliselt stabiilsed. Nende rakkudes ekspresseeriti inimese üheksast geenist kaheksa tegelikult ja geenid, mis põhjustavad immuunsust hülgamist, olid "vaiksed". Teadlased kontrollisid looma genoomis sihtmärgivälise redigeerimise jälgi ja leidsid mitu CRISPR / Cas9 "möödalasku", kuid need ei mõjutanud valke kodeerivaid DNA piirkondi.
Loomad ise olid füsioloogiliselt terved ja viljakad. Vaatamata nende immuunsuse ja verehüübimissüsteemi häirimisele, oli nende vereanalüüs normi piires. Teadlased ei leidnud ka toimetamist sigade südame, maksa ja neerude tööle.
Lõpuks kontrollisid teadlased, kas geneetiliselt muundatud sead olid omandanud siirdamiseks vajalikud omadused. Esiteks eraldasid nad sea anuma seintelt rakukultuuri ja töödeldi seda inimese immunoglobuliinidega: nad seostuvad modifitseeritud rakkudega 90 protsenti vähem kui tavalised. Siis reageerisid need rakud inimese komplemendi valkudele - nad reageerivad võõraste rakkude olemasolule isegi varem kui immunoglobuliinid -, kuid komplemendi süsteem aktiveerus mitte sagedamini kui nende enda inimese rakkude korral.
Nii on teadlastel õnnestunud luua loomi, kelle rakud ei põhjusta inimese immuunsuse viivitamatut agressiooni. Hoolimata asjaolust, et immuunsüsteem suudab võõrastele rakkudele hiljem reageerida, tundes nende peal ära haruldasemad valgud, saab seda lahendada immunosupressantide abil. Redigeerimine seevastu võimaldab teil vältida ägedat äratõukereaktsiooni ja saada aega elundi kehas juurdumiseks. Yang täpsustas intervjuus Science'ile, et ettevõte kavatseb keskenduda prekliinilistele katsetele 2020. aastal, kuid loodab järgmise viie aasta jooksul liikuda inimuuringutele.
Autor: Polina Loseva
