Odpověď na tuto otázku by vydala na tisícistránkovou učebnici, ale pokusím se stručně shrnout to nejdůležitější.

Co to jsou genetické úpravy

Pod pojmem genetické úpravy se rozumí zásahy do dědičné informace zapsané v molekulách DNA (deoxyribonukleová kyselina). Úprava může znamenat vymazání, přepsání nebo přidání nové informace podle našeho záměru, ale všechny tyto jevy se v přírodě dějí i přirozeně [1]. Na základě studia těchto přírodních dějů se lidé naučili jejich mechanismy a dokázali je využít k cíleným zásahům do DNA.

Hlavními hvězdami genetických manipulací jsou enzymy neboli bílkovinné molekulární stroje. Enzymy obecně fungují jako katalyzátory, tedy urychlují konkrétní chemické reakce změnou reakčních podmínek. Pro genetické úpravy lidé využívají enzymy, které přirozeně zpracovávají DNA – kopírují ji, stříhají ji na konkrétních místech, opravují ji, přepisují informace v ní uložené atp. [1].

Molekulární stroj

Bez zabíhání do detailů enzymových reakcí můžeme stručně rozdělit proces genetických úprav na několik následných dějů. Nejprve se potřebujeme zamyslet, co a jak vlastně chceme měnit, a pak navrhnout konkrétní sadu enzymů, která nám to umožní. Existuje řada technologických postupů, např. CRISPR [2] (za ten byla i udělena Nobelova cena) nebo TALEN [3] či tzv. zinkové prsty (kategorie enzymů vážících DNA s pomocí iontu zinku) [4].

Tohle se dnes dělá za pomoci softwaru, protože informace o DNA běžně laboratorně používaných organismů jsou dostupné v internetových databázích, a to včetně DNA člověka. Ve výsledku tedy máme navržený molekulární stroj schopný provést změnu DNA podle toho, jak ho naprogramujeme [1].

Doručení na správné místo

Druhým krokem je doručení enzymů na konkrétní místo. Opět existuje několik technologií, např. pomocí upravených virových částic [5]. V tomto případě už je zásadní rozdíl v postupu, pokud chceme upravovat jednotlivé buňky ve zkumavce a nebo nám jde o úpravu žijícího organismu, např. pacienta.

Buňky ve zkumavce snesou o dost hrubší zacházení a často se do nich vpravuje jen kus DNA pomocí poškození buněčných membrán fyzikálním nebo chemickým šokem (elektrický proud nebo prudké zahřátí a následné ochlazení). Tento kus DNA (plasmid, malá kruhová molekula DNA) je rozpoznán běžnými buněčnými mechanismy a podle informace v něm zapsané dochází k tvorbě námi navržených enzymů, které pak upravují DNA.

Další možností je vpravení informace do buněk za použití další molekuly, která se v nich běžně vyskytuje, buňky s ní umí pracovat a molekula může nést informaci, jak vyrobit náš enzym – touto molekulou je tzv. mRNA (messengerová kyselina ribonukleová neboli RNA). Poslední možností je vpravení již hotového enzymu přímo do buněk, ale mechanismus této možnosti je nejnáročnější a provedení má mnoho technických problémů.

Při genové terapii celých organismů se používají hlavně upravené virové částice nesoucí virový aparát, který dostane celou částici do buňky (jako normální virus) a s ní i upravenou DNA nebo RNA, která nese informace o našem enzymu. Takto upravené virové nosiče nejsou schopné samostatně se množit a musí se vyrábět uměle v laboratoři. Nevyvolávají žádné nemoci, protože původní virová genetická informace, která k tomu byla potřebná, je nahrazena tím, co potřebujeme my. Alternativou k virům jsou pak různé typy nanočástic. Tyto částice, ať už virové, nebo umělé, se pak typicky vpichují do svalu. Tam buď rovnou působí, nebo se dostávají krevním oběhem do místa účinku [6].

Jak enzym udělá úpravu?

No a jak vlastně takový enzym udělá nějakou úpravu? Ve chvíli, kdy se v buňce vyskytne, ať už je tam dopraven zvenčí, a nebo je vyroben podle našeho zadání přímo uvnitř, plní svoji přirozenou funkci. Všechny enzymy, které se k tomuto účelu používají, jsou přírodního původu. Některé byly laboratorně upraveny, ale základ je vždy přírodní. Projdou do buněčného jádra, podle programu najdou konkrétní úsek DNA a něco s ním udělají.

Jak se takové enzymy programují? Opět je to závislé na použité technologii, ale obecně obsahují všechny takové enzymy část, která je schopna rozpoznat konkrétní úsek DNA. Tato část může být upravena podle našich představ a potřeb. Chceme-li například upravit rozbitý gen, kde došlo k mutaci, zacílíme náš enzym na úsek DNA, který se vyskytuje v okolí této mutace. Enzym tam pak samovolně doputuje a provede svoji přirozenou funkci. DNA buď pouze rozštěpí a vyjme poškozenou část úplně, nebo ji dokonce nahradí tím, čím potřebujeme, např. zdravou variantou daného genu [6].

V medicíně zatím jen první krůčky

Na závěr bych ještě dodal, že ačkoliv se genové úpravy běžně používají v laboratorních podmínkách, v lidské medicíně jsme teprve na začátku. Genová terapie existuje, ale jak z technologických, tak z etických důvodů má zatím jen omezené využití. Navíc existující genová terapie cílí pouze na somatické (tělní) buňky. Úprava se tak týká pouze části buněk jedince, ne jeho pohlavních buněk, a tím pádem se nepřenáší do dalších pokolení. I tak už však jde o důležitou část medicíny, jejíž vliv a využitelnost v budoucnu jen porostou [7, 8].

Pro Zeptej se vědce odpovídal Vojta