Orvosi Nobel-díj egerek genetikai módosításáért

Két amerikai és egy brit kutató, Mario Capecchi és Oliver Smithies, illetve Martin Evans kapta idén az orvosi-élettani Nobel-díjat - jelentette be hétfőn, hazai idő szerint 11:30-kor Stockholmban a Karolinska Intézet illetékes bizottsága. A kutatók az egér genetikai állományának embrionális őssejteken végzett módosításával olyan állatmodelleket hoztak létre, amelyek segítségével számos emberi életfolyamat és betegség vált hatékonyabban tanulmányozhatóvá.

Az eredmény azért korszakos jelentőségű - olvasható a Nobel-díj hivatalos honlapján -, mert segítségével a gének működése az emlősök fejlődésével párhuzamosan vizsgálható, így számos emberi betegség - például magasvérnyomás, érelmeszesedés, rák - és születési rendellenesség vált hatékonyan tanulmányozhatóvá.

A genetikai módosítás gyakran egy adott gén inaktiválását (elhallgattatását) jelenti egy szervezet genetikai állományában. Az így létrehozott, genetikailag "kiütött" (angolul knock-out) állatokon indirekt módon lehet tanulmányozni a gén hatását: mi az, ami a gén működésének hiányában problémaként jelentkezik? Az ilyen kísérletek mára számos gén szerepét tisztázták az embrionális fejlődésben, az életfolyamatokban, az öregedésben és az egyes betegségek kialakulásában. Napjainkig a körülbelül 20 ezer egérgén (mivel ezek a kísérletek főképp egereken folynak) mintegy felét már "kiütötték", és rövidesen a teljes génkészletről lesznek ilyen jellegű információink.

Az egér és az ember genetikai információi körülbelül 95%-ban megegyeznek, azaz az egerek vizsgálatával az emberi életműködésekről szerezhetünk alapvető információkat. A genetikai módosításokkal a mai napig több mint félezer olyan egértörzset hoztak létre, amelyek mindegyikén egy-egy emberi betegség tanulmányozható, illetve a kezelés úgynevezett preklinikai fázisa elvégezhető.

Ma már tehát nagyon sok olyan állattal dolgoznak a kutatók, amelyben egy vagy több gén "kiütésére" került, de létezik eljárás gének bevitelére, hozzáadására is ("knock-in"). Fontos, hogy a modellállatok "készítésekor" a fenti genetikai módosításokat embrionális őssejteken végzik el, így a megszülető állatok minden sejtjében jelen van vagy hiányzik az adott gén, tehát szerepe ez egész szervezet szintjén tanulmányozható. Ezeket az eljárásokat az orvosi-biológiai kutatások teljes spektrumában alkalmazzák, az alapkutatásoktól az új terápiák kipróbálásáig.

Módszerek egyesítése

A genetikai állományunk kromoszómákban tárol minden információt szervezetünk fejlődéséről, felépítéséről és működéséről. Az emlősök minden egyes sejtje - így az embereké is - párokban tartalmazza a kromoszómákat, amelyek közül az egyik kromoszóma mindig az anyától, a másik pedig mindig az apától származik. Az ún. számfelező sejtosztódás (meiózis) során - ezzel a mechanizmussal jönnek létre az ivarsejtjeink - ezen kromoszómapárok  között génkicserélődés zajlik. Ezt a folyamatot nevezik homológ rekombinációnak, amely a változatosságot biztosítja az utód számára, hiszen így az anyától és az apától is örököl tulajdonságokat.

Mario Capecchi, Oliver Smithies és Martin Evans 

Capecchi és Smithies ezt a folyamatot emelte kísérletei középpontjába. Egymástól függetlenül felfedezték, hogyan használható a homológ rekombináció az emlősökben gének módosítására, és kidolgozták azokat a módszereket, amelyek segítségével genetikailag módosított egerek hozhatók létre. A technika azonban így még nem volt alkalmazható arra, hogy a géncsere öröklődjön is, hiszen csak egy egyszeri módosításról volt szó egy már kifejlett szervezetben.

A harmadik díjazott, a brit Martin Evans azonosította és különítette el (izolálta) a korai egérembrió azon sejtjeit, amelynek tenyésztésével embrionális őssejteket hozott létre.

1986-ra így minden készen állt ahhoz, hogy létrehozzák az első genetikailag módosított embrionális őssejteket. A genetikai módosítás egy gén "kiütését" jelentette. A genetikailag módosított őssejteket szelektíven tenyésztették, majd bejuttatták őket egy másik egérembrióba (hólyagcsírába). Az így létrejövő ún. mozaikembriókat ezután egy anyaállatba beültetve genetikailag módosított állatokat hoztak létre (a folyamat lépéseit lásd az ábrán).

A következő lépésként a hím mozaikegerek normál nőstényekkel pároztatva - a homológ rekombinációnak megfelelően - bizonyos arányban olyan egereket hoztak létre, amelyek a kiütött gént tartalmazták, bizonyos arányban pedig olyanokat, amelyek ennek normál formáját. A génkiütött egerek így szelektálhatóak és a későbbi kísérletekben specifikus kutatásokra használhatóak voltak. Dr. Mócsai Attila, a Semmelweis Egyetem Élettani Intézetének adjunktusa az [origo]-nak elmondta: a génkiütésen kívül a módszer nagyszerűségét az is jelzi, hogy akár gének bejuttatására és betegséget okozó génváltozat teljes kiszelektálására is fel lehet használni a későbbiekben.

Az első beszámoló 1989-ben jelent meg az eredményekről, de a technika felhasználásával ma már bármilyen gén vagy génváltozat beültethető és örökíthető egerekben.

* * *

A Nobel-díjazottak nevének kihirdetése hagyományosan az orvosi-élettani Nobel-díj bejelentésével kezdődik. Ezt követően október 9-én, kedden a fizikai, szerdán a kémiai, csütörtökön az irodalmi Nobel-díj, pénteken pedig a Nobel-békedíj idei kitüntetettjeinek nevét jelentik be. A Svéd Központi Bank által 1968-ban alapított közgazdasági Nobel-díj idei tulajdonosát jövő hétfőn hirdetik ki.

A Nobel-díjakat idén is XVI. Károly Gusztáv svéd király adja át december 10-én - illetve ugyanezen a napon a Nobel-békedíjat a Nobel-díj Bizottság elnöke Oslóban - a kitüntetést alapító Alfred Nobel mérnök és üzletember 1896-ban bekövetkezett halálának évfordulóján. Az igazoló okmányon és az aranyérmén kívül a díjak mellé 10 millió svéd korona jár.

* * *

Gének elcsendesítése - orvosi Nobel-díj 2006

Andrew Z. Fire (Massachusetts Institute of Technology, illetve Stanford University School of Medicine) és Craig C. Mello (Harvard University, illetve University of Massachusetts Medical School) amerikai kutatók az úgynevezett RNS-interferencia felfedezéséért kapták megosztva a legrangosabb tudományos kitüntetést.

Az utóbbi évek kutatásai alapján világossá vált, hogy az RNS-interferencia a genetikai információ kifejeződésének alapvető szabályozási folyamata. A génről (a DNS-ről) az úgynevezett hírvivő RNS-molekulára kerülő információt még lehetőség van blokkolni, mielőtt megkezdődne a gén által kódolt fehérje szintézise (ez a poszttranszkripciós, azaz a DNS-ről képződő mRNS-en keresztül ható génelcsendesítés). Az RNS-interferencia ennek egyik formája: olyan molekuláris mechanizmus, amelyben rövid RNS-molekulák specifikusan elnyomják a gének kifejeződésében kulcsszerepet játszó hírvivő RNS-ek működését (részletesen lásd cikkünk további részében). Fire és Mello 1998-ban publikálták felfedezésüket a folyamatról.

Az RNS-interferencia a génszabályozás mellett szerepet játszik a vírusfertőzések elleni védekezésben (részletesen lásd a gödöllői Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpont eredményeiről beszámoló cikkünkben), és a genom integritását veszélyzetető ún. áthelyeződő genetikai elemeket is kontrollálja.

Az RNS-interferencia az élővilágban általánosan megfigyelhető jelenség. Egysejtűekben, növényekben, állatokban (emberben) egyaránt leírták. Az RNS-interferenciát már széles körben alkalmazzák az alapkutatásokban az egyes gének funkciójának megállapítására; olyan molekuláris biológiai módszer, amely emlős-rendszerekben is alkalmazható. Olyan módszer, amellyel lehetséges szinte bármilyen fajban kikapcsolni egy gént akár egy nap alatt. Egy módszer, amit a jövőben betegségek újszerű gyógyítására lehet felhasználni.

További részletek 2006-os beszámolónkban.