Terapie genowe mogą zrewolucjonizować medycynę, ale wprowadzenie ich do ludzkich ciał jest trudniejsze, niż mogłoby się wydawać. Rozwiązaniem może być nowa metoda, która zmienia przeznaczenie wirusów infekujących bakterie.

Znalezienie sposobów na modyfikację DNA w komórkach żywych ludzi może pomóc w leczeniu lub zapobieganiu wielu chorobom genetycznym. Może to również pomóc w zmianie przeznaczenia ich komórek na zwalczanie raka lub wytwarzanie cząsteczek terapeutycznych, które mogłyby leczyć schorzenia niegenetyczne. Ale podczas gdy nasze narzędzia do edycji genów stają się coraz bardziej wyrafinowane, wprowadzanie ich do ludzkich ciał już tak skomplikowane.

Obecnie istnieje kilka terapii genowych, w większości wykorzystujących zmodyfikowane wirusy, które doskonale radzą sobie z przemycaniem swojego DNA do komórek gospodarza. To sprawia, że ​​te tak zwane wektory wirusowe są idealnymi nośnikami ładunku dla narzędzi i materiału genetycznego wymaganego do edycji genów w komórkach pacjentów. Ale wirusy związane z adenowirusami (AAV) i lentiwirusy, które są najczęściej używane, mają dość małą pojemność, co poważnie ogranicza zakres problemów, z którymi mogą się uporać.

Nowe badania przeprowadzone na Katolickim Uniwersytecie Ameryki wykazały, że rodzaj bakteriofaga – wirusów, które infekują bakterie – o znacznie większej ładowności, może zostać wykorzystany do dostarczania terapii genowych. Jest również tani w produkcji, stabilny i łatwy do zaprogramowania do wykonywania bardziej złożonych misji.

“Rzeczywista terapia jest za kilka lat, ale te badania dostarczają modelu do opracowywania terapii i lekarstw ratujących życie” – powiedział Venigalla Rao, który kierował badaniami. Komunikat prasowy. „To, co badamy, jest jak chirurgia molekularna, która może bezpiecznie i precyzyjnie skorygować defekt oraz wygenerować wyniki terapeutyczne i wyleczyć w ciągu jednego dnia”.

W poszukiwaniu bardziej wydajnego nośnika naukowcy zwrócili się ku fagowi o nazwie T4, który należy do rodziny Straboviridae i infekuje E coli bakteria. Ma wiele obiecujących cech, w tym znacznie większy kapsyd (główny przedział, w którym przechowywany jest materiał genetyczny), prawie 100-procentową skuteczność infekcji i zdolność do replikacji w zaledwie 20 do 30 minut.

Co więcej, naukowcy opracowali już struktury atomowe głównych składników faga, znacznie upraszczając proces przebudowy. Umożliwiło to grupie stworzenie tak zwanego „podejścia linii montażowej”, w którym cząsteczki ładunku, takie jak DNA, białka i RNA, były sekwencyjnie dodawane do pustych skorup kapsydu, a także przyklejane na ich zewnątrz. Powstały wektor wirusowy jest następnie powlekany otoczką cząsteczek lipidów, które ułatwiają infiltrację ludzkich komórek.

W papier w Komunikacja natury, naukowcy wykazali, że ich zmodyfikowany fag może pomieścić odcinki DNA o długości do 171 000 par zasad, czyli około 20 razy więcej niż wirusy stosowane w obecnych terapiach genowych. Aby zademonstrować potencjał, wykorzystali tę zdolność do przenoszenia całego genu białka dystrofiny do ludzkich komórek. Mutacje w tym genie są odpowiedzialne za genetyczną dystrofię mięśniową Duchenne’a.

W serii eksperymentów naukowcy wykazali, że wektor wirusowy można wykorzystać do edycji genomu, rekombinacji genów, zastępowania genów, ekspresji genów i wyciszania genów. Wykazali również, że może przenosić złożone ładunki składające się z wielu odcinków DNA ukierunkowanych na różne geny, wraz z różnymi białkami i sekwencjami RNA. Naukowcy twierdzą, że może to ostatecznie otworzyć drzwi do leczenia złożonych chorób, które obejmują wiele genów, takich jak wiele nowotworów, zaburzeń neurodegeneracyjnych i chorób sercowo-naczyniowych.

Chociaż te wczesne wyniki są z pewnością obiecujące, Jeffrey Chamberlain z University of Washington w Seattle powiedział Nowy naukowiec że zespół musi jeszcze wykazać, że wirusy mogą faktycznie dostarczać geny do organizmu, a nie po prostu Do ludzkie komórki na szalce Petriego. Rao przyznaje, że wciąż jest wiele do zrobienia, aby przejść z laboratorium do kliniki.

Ale możliwość tworzenia niestandardowych wektorów wirusowych do szerokiego zakresu zastosowań przy użyciu ich linii montażowej jest bardzo obiecująca. I w przeciwieństwie do istniejących wektorów wirusowych, które muszą być hodowane w kulturach komórek ludzkich przy znacznych kosztach, nowy fag opracowany przez zespół może być znacznie łatwiej hodowany w bakteriach.

Realizacja tych pomysłów zajmie prawdopodobnie jeszcze wiele lat badań, ale jeśli się powiedzie, może to znacznie rozszerzyć zakres przyszłych terapii genowych.

Źródło zdjęcia: Venigalla B. Rao; Victor Padilla-Sanchez, Andriej Fokin i Jingen Zhu. Model strukturalny sztucznego wektora wirusowego bakteriofaga T4.