Lidské buňky budou imunní vůči všem virům, slibuje genetický projekt

- Člověk autor: Ladislav Loukota

Schopnost upravovat a vylepšovat náš imunitní systém je páteř moderní medicíny. Skrze preventivní očkování se míra nemocí a epidemií dostala na historické minimum, imunoterapie je také stále slibnějším přístupem léčby rakoviny. I takové cíle však blednou ve srovnání s novým cílem iniciativy Genome Project-write (GP-write), která by ráda do deseti let přišla s lidským genomem imunním proti všem virovým nákazám.

Virus eboly, 3D ilustrace

Virus eboly, 3D ilustrace,zdroj: ThinkStock

I když mají viry pověst hrubiánů, kteří napadají (nejen lidské) tělo brutální silou, ve skutečnosti jsou, jak už název napovídá, především biologičtí hackeři. Viriony (tj. jeden jedinec viru) samy o sobě nerostou ani se nedělí – namísto toho se jako parazité dovedou dostat do nitra buňky a sérií genetických "lží" využít svého hostitele k vlastnímu rozmnožování. Virus tak ke svému množení používá genetickou mašinérii samotné hostitelské buňky.

Právě této závislosti na genetické mašinérii hostitele by k posílení antivirové imunity člověka v budoucnu ráda využila Genome Project-write (GP-write), iniciativa zaměřená na syntetickou biologii. Konkrétně toho chce dosáhnout přepisem DNA hostitelské buňky, tedy přepisem specifických "trojpísmen" DNA (tzv. tripletů, či kodonů), které kódují tvorbu aminokyselin, z nichž se potom skládají proteiny zajišťující provoz této genetické mašinérie.

Tyč vs. kůl

Obecně platí, že proteiny jsou řetězce u člověka tvořené 20 druhy aminokyselin. Každý druh aminokyseliny je v genetickém kódu kódován pomocí tří písmen DNA (výše zmíněné triplety či kodony). DNA má čtyři písmena (tzv. DNA báze = A, C, T, a G), což znamená, že existuje 64 možných trojkombinací těchto čtyř písmen. Genetický kód tedy obsahuje 64 kodonů. Ty ale u člověka kódují jen výše zmíněných 20 aminokyselin, z čehož vyplývá, že téměř každá aminokyselina je kódována více než jedním kodonem.

Můžeme si to představit tak, že 20 různých předmětů (aminokyselin) můžeme nazvat vícero synonymními třípísmennými slovy (kodony). Stejně jako slova "tyč" a "kůl" označují v podstatě stejnou věc, tak například i kodony "TGT" a "TGC" kódují stejnou aminokyselinu – cystein. Vědci tedy mohou změnit genetický kód bez toho, aby změnili výsledný protein.

Pokud vědci z genomu zcela vymažou určitý kodon a nahradí ho kodonem synonymním (v naší analogii tedy v celém textu nahradí slovo "tyč" slovem "kůl"), pak eliminují i celou mašinérii molekul, které měly za úkol toto konkrétní slovo přečíst a vytvořit z něj daný produkt. Produkt ale zůstává stejný, v naší analogii tedy pořád končím s dlouhou tyčoidní věcí.

Celý vtip je v tom, že reprodukce virů je často závislá na konkrétní mašinerii přepisující specifické slovo ("tyč") a kterou nelze nahradit mašinérií, která sice končí stejným produktem, ale začíná jiným slovem ("kůl"). Ve své podstatě tak hostitelská buňka a virus budou mluvit jiným jazykem a konkrétní virion, který infikuje buňku, nebude schopen vytvořit kopie své genetické informace, která by potom vedla buňku k tvorbě nových virionů.

Nebude tedy schopen "odposlouchávat" a poté "hacknout" buňku a jeho reprodukce se zablokuje. Organismus nebude s to vůbec napadnout.

Totéž ve větším

Nejde již jen o pouhou teorii – v roce 2013 téhož již docílili vědci skrze 321 úprav genu E. coli, kterými bakterie získala odolnost vůči některým virům. Loni se pak podařilo vytvořit syntentickou DNA pšenice. Cíl GP-write tedy není nikterak nemožný - vlastně chce již existuící koncepty "jen" povýšit na zcela novou úroveň.

Metoda se zřejmě neobejde bez genových editorů a syntézy umělé DNA na úrovni, kterou si zatím můžeme jen představovat – i slavný editor CRISPR je na ní prozatím krátký. Vytvořit viru odolnou lidskou buňku by si podle vyjádření členů GP-write z jejich posledního setkání v Bostonu vyžádalo na 400 tisíc zásahů v DNA. Právě výzkum nové technologie je ale zčásti záměrem celé desetileté snahy.

Je nasnadě, že podobný vynález by tu prozatím nebyl pro běžnou medicínu – i pokud by došlo na úspěšný vznik virům odolné lidské buňky, trvalo by nejméně celé další generace metodu aplikovat a otestovat pro celý lidský organismus. Tím spíše, že přepis DNA může mít sám fatální následky. Tou dobou možná už nebude pro podobnou formu imunity ani existovat nutnost – virům budeme snad odolávat úspěšně i jinými, poněkud bezpečnějšími metodami.

GP-write si však přesto od techniky slibuje praktické užití v dohledné době. Značná část farmaceutické produkce totiž spoléhá na zisk účinných látek z mikroorganismů, které jsou stále náchylné na virové infekce. Vzniknout by mohly i virům odolné umělé tkáně určené k transplantaci. Pokud by vědci přišli se způsobem, jak zabránit kontaminaci, ušetřilo by to nemalé částky a nabídlo nové metody léčby.

Přesný cíl iniciativy se však může ještě lišit - GP-write je momentálně neziskovou institucí a pro své rekódování lidské DNA teprve hledá finance. Bude tak možná muset projekt upravit pro potřeby filantropů, korporací či vlád.

 

Přátelské viry?

Ambice však vědcům různých pracovišť zastřešeným pod GP-write nechybí. Jsou tomu dva roky, co tato iniciativa při svém vzniku na jaře 2016 nejprve oznámila mnohem odvážnější záměr – sepsat do deseti let zcela umělé, syntetické lidské DNA! Výsledný genom by byl pouze teoretickou úlohou, neměl se dočkat přetavení ve skutečnou bytost. I kvůli kritice z hraní si na Frankensteiny proto bylo nakonec od záměru upuštěno. Je však vidět, že vědci si díky nástrojům moderní vědy mohou před sebe klást cíle, které byly donedávna známé jenom autorům vědecké fikce.

Paradoxní je na GP-write především skutečnost, že úspěch proti virům imunitních buněk by nakonec mohl sloužit k omezení rizik genového inženýrství. Neschopnost virů kolonizovat buňky by totiž snížila šanci nechtěného přenosu editované DNA. Platí totiž, že viry samy si mohou skrze své rozmnožování půjčovat DNA hostitelské buňky – a občas jej jako jakési primitivnější, přírodou řízené modifikování DNA pošlou dál do buňky jiné. I my máme ve svém DNA některé geny jiných druhů získané přirozeně virovým přenosem.

Panuje přitom jistá obava, že by viry mohly od modifikovaných organismů podobně nechtěně dál přeposlat kus upraveného DNA – šance na to, že by tak vznikly problémy, je velmi malá. Vyloučit však zcela nelze a stoupala by úměrně s tím, jak moc bychom genetické modifikování a editace začali dále využívat. Virům rezistentní buňky by však riziko takového přenosu zcela eliminovaly. Skutečnost, že bychom spolu s tím zároveň získali i imunitu vůči chřipce (a nejen té), by vlastně byla spíše bonus.

Je ale také otázkou, co by hypotetické rozšíření virové imunity udělalo s viry samotnými. Ačkoliv mají viry kvůli HIV či ebole poněkud špatnou pověst, v poslední době začínají převažovat názory o tom, že drtivá většina virů je zřejmě neškodná. Existují odhadem stovky tisíc druhů virů (spíše více) a my prozatím známe jen pár tisíců z těch, které nám způsobují problémy – po těch dalších jsme se až doposud vlastně příliš nepátrali. Většina virů své hostitelské buňky nezabíjí a pouze si je na chvíli "vypůjčí" – dokonce se objevují náznaky, že právě skrze své přirozené přenášení genů napříč organismy mohou viry plnit evolučně prospěšnou práci.

Potenciální absolutní virová rezistence se nám tak dále komplikuje – nikdo ovšem nevylučuje, že právě virům odolná buňka nám může ukázat, jak užitečné (či neužitečné!) viry doopravdy jsou. I o tom může GP-write nakonec být. Nakolik se vědcům jejich projekt nakonec podaří a s jakým efektem, uvidíme možná již během jednoho desetiletí.

GP-write svůj celý záměr na počátku května oznámila v Science

Text výše vznikl ve spolupráci s evolučním biologem Janem Kollárem.

Tagy: DNA genetická modifikace lidské tělo genetika nemoci a nákazy věda a poznání viry