Att redigera mitokondrier i varje mänsklig cell har varit den heliga gral och sista gränsen för genredigering. Detta har åstadkommits och öppnar ett nytt fält för genetiker. Transhumans kommer att hitta denna upptäckt särskilt spännande. ⁃ TN Editor
Biologen David Liu var mitt i morgonpendlingen till Broad Institute för två somrar sedan när han öppnade e-postmeddelandet. Vi upptäckte just ett nytt toxin tillverkat av bakterier, förklarade anteckningen från en forskare Liu aldrig hade pratat med, och det "kan vara användbart för något ni gör."
Lånad, ringde Liu avsändaren, biologen Joseph Mougous från University of Washington, och det blev snabbt klart att bakterietoxinet hade en talang som verkligen var användbar för vad Liu gör: uppfinna sätt att redigera gener. På onsdag rapporterade de och deras kollegor i Nature att de hade förvandlat toxinet till världens första redaktör av gener i cellorganeller som kallas mitokondrier.
Om allt går bra kan upptäckten ge ett sätt att studera och en dag bota en lång lista med sällsynta men förödande ärvda sjukdomar till följd av genetiska mutationer i cellens kraftverk.
"Vi har letat efter en teknik som denna under mycket lång tid," säger biolog Fyodor Urnov vid University of California's Innovative Genomics Institute, som granskade papper för naturen. ”Vi har kunnat göra punktmutationer” - ändra en enda DNA-bokstav - ”i mänskligt kärn-DNA i 15 år, men mitokondrier har motstått det rasande, mycket till stor frustration för alla. Med denna teknik kommer mitokondriell forskning in i en guldålder. ”
De hundratals kapselformade mitokondrierna i varje cell förvandlar syre och näringsämnen till den kemiska energin som driver en cells ämnesomsättning. Mitokondrier metaboliserar också kolesterol och syntetiserar hormoner och neurotransmittorer. Om en av deras 37 gener är avvikande, kan mitokondrier inte utföra, vilket resulterar i någon av hundratals mitokondriella sjukdomar. Det mest förödande, inklusive "mitokondriellt DNA-utarmningssyndrom" (MDDS), förstöra barns muskler och hjärnor och så småningom ta sina liv.
Genomredigeringsrevolutionen har till stor del passerat mitokondrier av. CRISPR fungerar inte: Guiden RNA som den använder som en blodhund för att hitta sitt mål inom ett genom kan inte tränga in i mitokondriella väggar. Tidigare redaktörer, som TALEN, kan eliminera mutationer i mitokondrier i celler som växer i labbskålar, men bara genom att förstöra DNA. Ingenting kunde fixa mutationer genom att ändra en DNA-bokstav till en annan, till exempel en C till en T eller en G till en A.
"Mitokondrier," sade Liu, "är en av de sista bastionerna av DNA som har motstått precisionsgenomredigering."
Mougous e-post föreslog en väg runt det motståndet. Han studerar den kemiska krigföring som bakterier kämpar mot andra bakterier. Det kemiska vapnet som han just upptäckte, utsöndrat av Burkholderia cenocepacia-bakterier, är ett enzym som infiltrerar en fiendebakterie och dödar med dödlig enkelhet: Det orsakar genetiska mutationer med en bokstav i en bakteries dubbelsträngade DNA. Vid varje riktad plats lämnar det bakterie-DNA i tatueringar. Bakterien dör. Uppdrag slutfört.
Mougous, som Liu en Howard Hughes Medical Institute forskare, visste att Liu hade uppfunnit en genombrott form av CRISPR, en som bara ändrar en enda DNA-bokstav och gör det utan att skära den dubbla helixen, vilket kan leda till genomisk förödelse. Kallas "basredigering" och den här tekniken har redan skapat en biotech och marscherar mot mänskliga studier.
Hans nya bakterietoxin, trodde Mougous, såg säkert ut som en basredaktör; det förändrar nukleotidparet CG till en TA. Och det kräver inte en guide-RNA (chaperonen som inte kan penetrera mitokondrier).
wpDiscuz