Opos albinos i CRISPR to nie ciekawostka, a przełom w nauce

Szeroko pojęta nauka zadziwia nas na każdym kroku, a czasami nawet najmniej istotne z pozoru wydarzenie, może mieć niezwykle istotne implikacje dla całego świata naukowego. Tak też jest w przypadku opublikowanych właśnie, na łamach Current Biology, wyników działań japońskich badaczy z narodowego ośrodka Riken Institute. Dzięki edycji genów południowoamerykańskiego gatunku oposa, uzyskali oni młode albinosy. [1] Choć te urocze stworzonka nie wydają się w kontekście naukowym szczególnie spektakularne, to jednak takie są w rzeczywistości, ale po kolei.

CRISPR – modyfikacja genetyczna i obrona bakterii

Na początek warto wyjaśnić, czym jest metoda CRISPR. Zawdzięcza ona swoją nazwę mechanizmowi immunologicznemu bakterii Escherichia coli – CRISPR-Cas9. Podczas ich badań okazało się bowiem, że posiadają one w swoim łańcuchu DNA powtarzające się sekwencje, występujące w ściśle określonych miejscach kodu, a co więcej, iż można je programować za pomocą RNA.

Odkryto też, że CRISPR działa podobnie, jak ludzkie (i nie tylko), nabyte mechanizmy immunologiczne. Na tej podstawie opracowano metodę manipulacji genomami poszczególnych organizmów, stosowaną obecnie w inżynierii genetycznej. W praktyce, zaowocowało to pracami nad wyciszaniem oraz manipulacją poszczególnymi genami, w celu m.in. uzyskania bezpłodności u samic komarów (by zmniejszyć ich populację) oraz opracowaniu nowych metod leczenia raka u ludzi. [2]

Oposy i modyfikacja genetyczna

Skoro CRISPR jest tak szeroko stosowane, to co wyjątkowego jest w oposach albinosach? Otóż torbacze, do których należą oposy, są stworzeniami dość wyjątkowymi. Wszystko przez ich specyficzny system rozwojowo-rozrodczy [3], który dotychczas uniemożliwiał edycję genów za pomocą metody CRISPR tak, jak miało to miejsce w przypadku innych organizmów. Aby dokonać modyfikacji, japońscy naukowcy musieli bardzo się natrudzić i zastosować najnowocześniejsze urządzenia.

Badacze mieli przed sobą do pokonania kilka poszczególnych wyzwań, a jednym z nich była konkretna modyfikacja genetyczna. Zależało im bowiem, aby nie tracić czasu, więc efekt musiał być możliwy do praktycznie natychmiastowego zarejestrowania. Najlepszym wyborem okazała się więc próba wywołania albinizmu, ponieważ powodzenie lub porażka w tym przypadku widoczne byłyby od razu i to bez dodatkowych badań. Drogą do osiągnięcia tej cechy była natomiast podwójna modyfikacja usunięcia zarówno barwy sierści, jak i jej pręgowania. Tym sposobem, otrzymanie młodych z pojedynczą z tych cech, także byłoby pewnym sukcesem oraz źródłem cennych informacji. Następnie należało skrupulatnie wyliczyć pory oraz dawki hormonów, podawanych oposom w celu przygotowania ich do ciąży.

Kolejną przeszkodą był okres parowania się szarych oposów krótkoogoniastych (Monodelf szary, Monodelphis domestica) [4] , czyli południowoamerykańskiego gatunku, który został wybrany do projektu. Naukowcy musieli bowiem wymóc na zwierzętach, aby do zbliżeń reprodukcyjnych dochodziło wieczorami. Dzięki temu, wyprodukowane w tym procesie jajeczka nadawałyby się do ingerencji naukowców rankiem, około półtora dnia od zapłodnienia. Dlaczego było to tak istotne? Ponieważ zaraz po zapłodnieniu jaja zarówno oposów, jak i wszystkich torbaczy, rozwijają wokół siebie śluzówkę, czyli grubą warstwę chroniąca zapłodnione jajeczko. Ta natomiast z czasem coraz bardziej twardnieje i dotychczasowe próby jej przebicia kończyły się na niszczeniu zarodków lub ich poważnych uszkodzeniach.

Dlatego też japońscy badacze ustalili dokładnie czas, w którym śluzówka nie uległa jeszcze znacznemu stwardnieniu, a do ingerencji w jajeczko użyli wiertarki piezoelektrycznej, która wykorzystuje ładunek elektryczny do przedostania się przez przeszkodę, w tym wypadku membranę chroniącą zarodek. Tym sposobem, bez powodowania uszkodzeń, wstrzyknięto odpowiednie do modyfikacji komórki.

W efekcie przeprowadzonych zabiegów, naukowcom udało się otrzymać miot, w którym jedno z młodych było albinosem, a jedno miało umaszczenie mozaikowe, czyli inne od standardowego, przeplatane znacznie jaśniejszymi, niemal białymi punktami.

Sukces postanowiono dalej wykorzystać i skrzyżowano następnie zmodyfikowane zwierzęta, otrzymując, tym razem już w całości, miot samych albinosów. Tym sposobem potwierdzono, że wprowadzone zmiany są dziedziczne. [5]

Klucz do zrozumienia torbaczy

Wyniki te są o tyle spektakularne, że próby modyfikacji genetyczne oposów prowadzono już od około ćwierć wieku, jednak do tej pory bezskutecznie. Jeden z zajmujących się tym badaczy, genetyk John VandeBerg z Uniwersytetu w Texasie, skomentował doniesienia z Japonii stwierdzając, że jest niezwykle podekscytowany osiągnięciami swoich kolegów po fachu, ponieważ nie spodziewał się, że ten przełom uda się osiągnąć jeszcze za jego życia. Można teraz oczywiście stwierdzić, że to dobrze, iż udało się pokonać kolejne przeszkody na drodze nauki, ale na czym polega wielkość tego dokonania, poza lepszym poznaniem oposów, a tym samym całej rodziny torbaczy?

Poza „przeciwstawianiem się” modyfikacjom genetycznym, same oposy mają jeszcze kilka wyjątkowych cech, m.in. niezwykle szybki okres rozrodczy (rodzą się już po 14 dniach), dzięki czemu stanowią wdzięczny obiekt dla badaczy. To jednak nie koniec, zwierzęta te wykazują różnego rodzaju podobieństwa do organizmu ludzkiego, np. jako jedyne z niewielu ssaków mogą zachorować na raka skóry (czerniaka), dlatego też biorą udział w licznych eksperymentach, związanych z badaniem ludzkich chorób oraz metod ich zwalczania.

Torbacze natomiast, w tym oposy szare krótkoogoniaste, posiadają też pewną cechę, niemal niespotykaną u innych kręgowców. Większość z nich (i ludzie nie stanowią tu wyjątku) posiada dwa typy limfocytów T, wchodzących w skład układu immunologicznego, tym samym stanowią część mechanizmów obronnych organizmu. Torbacze natomiast, posiadają aż trzy typy tych limfocytów. Co więcej, badaczom jak dotąd nie udało się ustalić, do czego służy ten trzeci zestaw.

Z kolei możliwość modyfikowania genomów torbaczy może pomóc biologom dowiedzieć się więcej o tych zwierzętach, m.in. tak zwaną metodą prób i błędów, podczas której eliminowane będą pewne cechy i ich analiza pozwoli ustalić, czy mają związek z tą niezwykłą odpornością.

Co z tego dla nas?

Poznanie mechanizmów funkcjonowania układu odpornościowego torbaczy może w perspektywie doprowadzić do odkryć przełomowych dla ludzi. Czynnikami odgrywającymi główne role w tym procesie są: rozszyfrowanie tajemniczego, trzeciego typu limfocytów T oraz odniesienie tego odkrycia do podobieństw oposów do ludzi. Nie bez znaczenia będzie miało także zastosowanie biologii porównawczej, która ujawnia podobieństwa oraz różnice pomiędzy organizmami i na ich podstawie pozwala wyciągać wnioski.

Prowadzący badania na oposach immunolog z Uniwersytetu w Nowym Meksyku – Rob Miller, stwierdził, że „rzeczy, które nas łączą, muszą być fundamentalne, a rzeczy, które są inne, są interesujące”. Natomiast zrozumienie genów torbaczy, których nie posiadamy, pomoże dokonać odkryć dotyczących nas samych. Tak więc, najnowsze osiągniecie japońskich naukowców może zaowocować rozwojem badań nad mechanizmami immunologicznymi, biologią rozwojową, a nawet pomóc w zwalczaniu takich chorób, jak m.in. wspomniany wcześniej czerniak. [6]

Wszelkie możliwe wsparcie

Widać wyraźnie, że nawet pozornie niewielkie efekty prac naukowych, jak np. wyhodowanie oposów albinosów, może okazać się przełomem na skalę światową. Dlatego też, należy z całym oddaniem wspierać tego typu przedsięwzięcia oraz nowe metody badawcze. Co ciekawe, pomóc w tym może m.in. kolejna generacja sieci bezprzewodowej, w postaci 5G. Oferowane przez nią zwiększone możliwości przesyłu danych, przepustowości sieci oraz redukcja dotychczasowych opóźnień, przyczynią się do postępu naukowego nie tylko umożliwiając szybsze, a także znacznie bardziej złożone obliczenia i to w tzw. chmurze. Wprowadzenie nowej technologii wspomoże także komunikację pomiędzy samymi naukowcami z całego świata [7], którzy współpracując będą mieli większe pole manewru w swoich działaniach, dodatkowo wspieranych przez doświadczenie i wiedzę kolegów po fachu.

Nie taki opos mały, jak go malują

Oposy to urocze zwierzęta i jeden z wielu gatunków zamieszkujących naszą planetę. Jednak, jak dowodzi nauka, nawet tak niepozorne i niewielkie stworzenie może być źródłem bezcennej wręcz wiedzy. Udowodnili to choćby naukowcy z ośrodka Riken Institute w Japonii, którzy opracowali sposób na to, aby nowoczesną metodę manipulacji genami – CRISPR, zastosować również w przypadku Monodelfa szarego, nazywanego też szarym oposem krótkoogoniastym. Ten słodki maluch okazał się kluczem do wglądu w tajemnice układu immunologicznego wszystkich torbaczy, co może pomóc w rozwoju biologii, a nawet medycyny. To oznacza, że w przyszłości będziemy wiele zawdzięczać zarówno oposom, jak i nieustannym wysiłkom badaczy z całego świata, a nawet technologii 5G. Zaoferuje ona bowiem niezbędne rozwojowi nauki i technologii wsparcie, a każdy wysiłek w tym kierunku może okazać się na wagę złota.