Stručnjaci su poseban CRISPR enzim iskoristili za borbu protiv raka tako da DNK stanica raka kidaju na komadiće, izazivajući samouništenje stanica. Enzim se može programirati da prepozna određenu glasničku RNK, primjerice molekulu koju proizvodi tumorska stanica. Čim enzim pronađe svoju metu, genom odabrane stanice razreže na komadiće.
Metoda sjeckanja DNK, o kojoj istraživači izvješćuju u časopisu Nature u dvije studije, mogla bi stručnjacima pružiti mogućnost uništavanja tumorskih stanica koje izražavaju mutirane proteine otporne na lijekove i koje je do sada bilo teško ciljati klasičnim djelatnim tvarima.
„Ovo je molekularni isključivač koji prepoznaje određenu RNK. U biti je riječ o programabilnoj kemoterapiji”
– kaže Yang Liu, molekularni biolog s medicinskog fakulteta Sveučilišta u Utahu, autor jedne od studija.
U njemačkoj biotehnološkoj tvrtki Akribion Therapeutics već je u ranoj razvojnoj fazi terapija koja novu metodu primjenjuje za liječenje karcinoma glave i vrata uzrokovanih humanim papilomavirusom (HPV). Cilj je da prvi podaci kliničkih ispitivanja budu dostupni do 2030., kaže Paul Scholz, suosnivač tvrtke i voditelj istraživanja i razvoja te koautor jedne od novih studija.
Bakterijski čuvari
CRISPR sustavi prirodno se pojavljuju u bakterijama i drugim mikroorganizmima, gdje djeluju kao zaštitni imunološki mehanizam. Neki CRISPR sustavi koriste RNK koje enzime povezane s CRISPR-om (CRISPR-associated, skraćeno Cas) usmjeravaju na odsječke DNK virusa i drugih uljeza. Cas enzim zatim presiječe DNK, uništavajući stanicu prepoznatu kao neprijatelja. Istraživači već više od desetljeća pokušavaju iskoristiti i preinačiti te sustave za uređivanje genoma, stvarajući vlastite vodeće RNK koje Cas enzime usmjeravaju na mjesto koje žele urediti.
No nisu svi Cas enzimi jednaki. Prije gotovo deset godina Ryan Jackson, biokemičar sa Sveučilišta države Utah, i njegovi kolege počeli su istraživati mehanizam djelovanja Cas proteina po imenu Cas12a2. Prema riječima istraživača, preliminarna je pretpostavka bila da će enzim funkcionirati otprilike kao ostali Cas proteini koji se koriste za uređivanje gena.
Međutim, laboratorijska ispitivanja jedno za drugim završavala su neuspjehom. Ponovno su i ponovno vidjeli da se enzim ne ponaša onako kako bi željeli, što se činilo potpuno neshvatljivim. Jackson je isprva sumnjao da su studenti nešto pokvarili, zbog čega se protein onečistio. Naposljetku su on i njegovi kolege, kao i još jedna istraživačka skupina, shvatili da je Cas12a2 doista drukčiji od ostalih sličnih enzima.
Nakon što prepozna RNK sekvence koje se podudaraju s njegovom vodećom RNK, oslobađa se i počinje bez razlike sjeckati DNK, zbog čega napadnuta stanica prestaje rasti.
U prirodi to može ograničiti širenje infekcija koje uzrokuju strane stanice u populaciji. „Kako je, dovraga, priroda mogla razraditi tako složen trik?” – pita Rene Bernards, stručnjak za genetiku tumora s nizozemskog Instituta za istraživanje raka u Amsterdamu. „Ali zapravo je svejedno. Mi to možemo izvrsno iskoristiti” – dodaje.
Sićušni plaćeni ubojice
Razradu mogućnosti iskorištavanja tog fenomena već su započele dvije istraživačke skupine. Obje su se ekipe usredotočile na rak, i to konkretno na tumore koje pokreću mutirani proteini koje je stručnjacima dosad bilo teško ciljati klasičnim sredstvima. Jedna je skupina Cas12a2 usmjerila na različite RNK koje proizvode stanice, uključujući one u kojima se nalazi mutirana verzija gena TP53. Taj gen mutira u čak polovici svih karcinoma. Druga je skupina ciljala RNK koja potječe od mutirane inačice gena KRAS. Mutirani KRAS proteini mogu uzrokovati nekontrolirano razmnožavanje stanica i odgovorni su za dio najsmrtonosnijih vrsta raka.
Cas12a2 je u oba slučaja pokazao zapanjujuću specifičnost: selektivno je uništavao stanice koje nose mutacije povezane s rakom – čak i kad se mutacija od normalne RNK razlikovala samo za jednu bazu.
Metoda je djelovala i na ljudskim stanicama uzgojenima u laboratoriju, a i u živim miševima smanjila je tumore koje pokreće mutirani TP53 te tumore uzrokovane HPV-om.
Od tih je pokusa još dug put do terapije koja bi se mogla testirati i na ljudima, naglašava Baojun Wang, sintetički biolog sa Sveučilišta Zhejiang u Kini. No taj je rad važan koncept dokazan kao prijelomnica za vrlo obećavajuću tehnologiju, dodaje istraživač. Prema Liuu, primjene se uz rak mogu proširiti i na liječenje autoimunih i neuroloških bolesti. „Može se odrediti mnogo vrsta meta, pod uvjetom da sadrže jedinstvenu RNK” – kaže.
Sigurnost na prvom mjestu
Naravno, i dalje postoje prepreke koje treba svladati prije nego što se to ostvari. Cas12a2 treba unijeti u stanice, što nije jednostavan zadatak jer je riječ o razmjerno velikom proteinu. Bit će potrebna i dodatna sigurnosna ispitivanja kako bi se osiguralo da Cas12a2 ne šteti zdravim stanicama, kaže Wang. U dosadašnjim je pokusima, međutim, enzim pokazao visoku razinu specifičnosti i uništavao samo stanice koje su proizvodile mutiranu RNK.
„Sve u svemu, tehnologija se već sada čini selektivnijom od mnogih uobičajeno primjenjivanih metoda kemoterapije, koje u tijelu uništavaju svaku stanicu koja se brzo dijeli”
– kaže Jingkun Zeng, biolog raka iz kalifornijskih Instituta Gladstone i koautor studije usmjerene na TP53. „Naša će tehnologija biti znatno specifičnija” – naglašava istraživač.
Druga važna zabrinutost jest to što enzim tijekom pokusa nije uništio sve tumorske stanice, čak ni kod stanica uzgojenih u laboratoriju. To pomalo daje na razmišljanje, kaže Bernards, dodajući da bi se terapija Cas12a2 mogla kombinirati s drugim terapijama raka kako bi se povećala učinkovitost i smanjila vjerojatnost da tumor postane otporan na terapiju. Pristupi temeljeni na Cas12a2 dakle su još uvijek u početnoj fazi razvoja. Kako kaže Bernards: „Očito ih još ima što poboljšavati, ali vrlo su obećavajući.”
