Atklājumi.lv

Cilvēka olšūnai transplantēta mitohondriālā DNS

Mitohondriju DNS mutācijas ir viens no biežāk sastopamajiem ģenētisko slimību iemesliem. Līdz šim mitohondriālās saslimšanas bija neārstējamas un smagā formā saslimušie nereti mira jau zīdaiņa vecumā vai agrā bērnībā. Tagad, izmantojot Ņūkāslas (Lielbritānija) universitātē izstrādātu tehnoloģiju, šo dabas kļūdu varēs labot, veicot DNS pārnesi no vienas cilvēka olšūnas uz otru. Raksts ar transplantācijas eksperimentu aprakstu publicēts žurnālā "Nature."

Mitohondriji, kā zināms ir visās eikariotu šūnās esoši enerģijas ģeneratori - tajos notiek oksidatīvā ogļhidrātu, taukskābju un citu vielu šķelšana un iegūtās enerģijas ieslēgšana adenozīntrifosforskābes (ATF) makromolekulās, kuras organisms vēlāk izmanto visu šūnas dzīvības norišu apgādei ar tām nepieciešamo enerģiju.

Mitohondrijiem ir sava DNS, kas bērniem tiek nodota tikai pa mātes līniju. Ja šūnas kodola DNS ietilpst aptuveni 23000 kodējoši gēni, tad mitohondrijiem tie ir 37 no kuriem tikai 13 tiek izmantoti enerģijas ieguves nodrošināšanai nepieciešamo proteīnu sintēzei. Diemžēl, nelielais mitohondriju gēnu skaits, apvienojumā ar vāju DNS bojājumu novēršanas mehānismu šo organoīdu genomā salīdzinoši bieži izraisa nelabvēlīgas mutācijas. Aptuveni viens no 200 cilvēkiem piedzimst ar maznozīmīgām mitohondriju DNS mutācijām, kas vairumā gadījumu izraisa vieglu vai asimptomātisku saslimšanu (kura gandrīz nekad netiek pareizi diagnosticēta). Tomēr katra 6500 jaunpiedzimušā mitohondriju darbība gēnu mutāciju dēļ ir tik ļoti traucēta, ka bērnam dažādās kombinācijās agri attīstās muskuļu vājums, aklums, sirds mazspēja, aknu mazspēja, parādās attīstības traucējumi, plānprātība un diabēts, kas izraisa invaliditāti un agru nāvi. Jāatzīmē, ka līdzās iedzimtām mitohondriālām saslimšanām pastāv arī dzīves laikā iegūta mitohondriālā disfunkcija, kas rodas gan no neizbēgamām, pakāpeniskām, dabiskām somatisko šūnu mtDNS mutācijām, gan no brīvo radikāļu postošās ietekmes - ir pētījumi, kuri pierāda mtDNS variabilitātes un cilvēku novecošanās saistību. Zināms, ka smagas, iegūto mitohondriālo saslimšanu formas var izraisīt arī agresīvi toksīni vai bojājumi kodola DNS daļā, kas regulē mitohondriju darbību.

Tā kā iedzimto mitohondriālo saslimšanu nav iespējams ārstēt, daudzas sievietes ar šīs slimības vēsturi ģimenē stāv traģiskas izšķiršanās priekšā: vai nu dzemdēt ar visai lielu iespējamību, ka bezpalīdzīgi nāksies nolūkoties ātrākā vai lēnākā, hroniski slima bērna nāvē vai palikt vispār bez pēcnācējiem. Taču ļoti iespējams, ka jau tuvākajā nākotnē šādos gadījumos, izmantojot britu ģenētiķu dr. Mērijas Herbertas un profesora Duglasa Tērnbula aprobēto DNS transplantācijas metodi, būs iespējams fiziski nomainīt šūnas "akumulatoru", nodrošinot normālu augļa attīstību ar pilnvērtīgi funkcionējošiem mitohondrijiem.

DNS transplantācija zīdītājiem nav nekas jauns - pētnieki ar genoma pārneses izpēti intensīvi nodarbojas jau kopš 21. gs. sākuma un 2009. gadā Oregonas Nacionālā primātu pētniecības centra zinātnieki sekmīgi veica mitohondriālās DNS pārstādīšanu rēzus pērtiķiem, taču tā vēl nekad nebija veikta jau apaugļotai cilvēka olšūnai.

Praktiski Herberta un Tērnbuls ar cilvēka ģenētisko materiālu veica to pašu, ko oregonieši ar pērtiķu DNS - viņi ņēma apaugļotu olšūnu kas pārstāvēja bojāto mitohondriju līniju un donora olšūnu ar veselu mtDNS. Olšūnas bija prokodolu stāvoklī, t.i. brīdī, kad tajās atrodas atsevišķi gan tēva un mātes, gan mitohondriju DNS. No donora olšūnas izņēma laukā vecāku DNS un tās vietā ievietoja tēva un mātes DNS no olšūnas ar defektīvajiem mitohondriju gēniem. "Tas, ko mēs izdarījām," paskaidro profesors Tērnbuls, "ir kā akumulatora nomaiņa portatīvajam datoram." "Enerģijas piegāde tagad ir kārtībā, taču informācija uz cietā diska palikusi neskarta."

Ņūkāslas biomediķi pētījuma ietvaros šādi modificēja 80 zigotas (apaugļotas olšūnas), kuras, saskaņā ar Lielbritānijā spēkā esošiem embriju pētniecības noteikumiem, laboratorijā audzēja 6 līdz 8 dienas, lai novērotu dīgļu attīstību līdz blastulas stadijai, t.i. brīdim, kad cilvēka embrijs sastāv jau no vairākiem simtiem šūnu. Kā teikts viena no pētījumu finansētāju - Wellcome Trust fonda - preses relīzē, dažām eksperimentā iegūtajām olšūnām no mātesšūnas tika pārnests arī neliels daudzums defektīvās mtDNS. Tas, protams, pieļauj zināmu neveiksmes gadījumu skaitu iespējamo terapijas pacientu vidū, taču zinātnieki norāda, ka jebkurā gadījumā arī no šādām olšūnām piedzimušo bērnu mitohondriji darbotos daudz efektīvāk nekā tiem, kas pie šīs pašas diagnozes būtu piedzimuši bez transplanta.

Pagaidām gēnu transplantācijas izmantošana mākslīgajā apaugļošanā Lielbritānijā un vairākās citās valstīs ētisku un medicīnisku apsvērumu dēļ nav atļauta, taču nākotnē, pēc sekmīgiem papildu pētījumiem, situācija varētu mainīties. Ja juridiskie un morālie lietas aspekti (vienai personai - divas bioloģiskās mātes) nešķiet īpaši traucējoši, tad daudz nopietnāks ir jautājums vai DNS transplantācija ilgtermiņā nevar radīt kādas šobrīd nezināmas nepatīkamas sekas, kas varētu izpausties, piemēram, jaunu, kaitīgu mutāciju veidolā.

Attēls: Wellcome Trust publicitātes foto.

Avoti:
http://www.nature.com
http://www.wellcome.ac.uk
http://www.brighthub.com
http://www.popsci.com

Lasīt vairāk par mitohondrijiem:
http://raksti.daba.lv/referaati/2003
http://raksti.daba.lv/referaati/2000/IAndersone/ 
http://en.wikipedia.org/wiki/Mitochondrion

Brīvpieejas materiāls. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.