Apie tai RIA Novosti pasakojo II Mechnikovo vakcinų ir serumų tyrimo instituto direktorius, Rusijos mokslų akademijos narė korespondentė Oksana Svitič ir Molekulinės virusologijos laboratorijos vadovas, biologijos mokslų kandidatas Evgenijus Faizulojevas, rašo RIA Novosti autorė Tatjana Pičugina.
Eksperimentai su spalvomis
Dešimtojo dešimtmečio pradžioje Amerikos kompanija "DNA Plant Technology" bandė sukurti labiau prisotintos violetinės spalvos petunijas. Mokslininkai į augalų DNR įterpė chimerinį geną, kuris sustiprina natūralių dažų sintezę. Tačiau priešingai nei tikėtasi, daugiau nei pusė genetiškai modifikuotų petunijų tapo baltos. Tai reiškia, kad norimas genas nebuvo aktyvuotas, bet, priešingai, buvo paskandintas. Kodėl — autoriai eksperimento nesuprato.
Po kelerių metų Andrew Fire'as iš Stanfordo ir Craigas Mallowas iš Masačusetso universiteto ieškojo genų, reguliuojančių ankstyvą nematodų kirmino Caenorhabditis elegans vystymąsi. Norint išjungti tam tikrą DNR dalį, buvo suleistos RNR molekulės.
Ląstelėse RNR atlieka daug funkcijų, tačiau pagrindinė yra informacijos iš DNR skaitymas, baltymų sintezės instrukcijų perdavimas. Tokios RNR vadinamos prasminėmis RNR. Kita vertus, antisense RNR duslina genus. Būtent su jais dirbo abu mokslininkai. Jie atrado ir paaiškino natūralų pernelyg aktyvių genų išjungimo mechanizmą — RNR trukdžius. Už tai 2006 metais jie buvo apdovanoti Nobelio premija.
MikroRNR reguliuoja genus
RNR trukdžiai leidžia išjungti genomo sekciją jo neredaguojant. Griežtai tariant, tokiu būdu gauti organizmai nelaikomi genetiškai modifikuotais. Pavyzdys yra Petunijos "Žvaigždėtas dangus".
"Esmė čia yra genų ekspresijos slopinimas transkripcijos ar transliacijos stadijoje, kurio specifiškumą lemia mažos RNR molekulės, papildančios pranešimo RNR (mRNR)", — aiškina II Mečnikovo vakcinų ir serumų tyrimo instituto mokslininkai.
Norint sintetinti baltymą ląstelėje, informacija apie jį perkeliama iš konkrečios DNR dalies į RNR (vadinamą matrica). Tai yra transkripcijos stadija. Tada RNR patenka į ribosomą, kur iš jos skaitomos instrukcijos ir prasideda baltymų sintezė — vertimas. Jei sutrinka transkripcija ar vertimas, baltymas nesintetinamas. Norėdami tai padaryti, turite į ląstelę nusiųsti specialią RNR, kuri perims matricos RNR ir neleis jai normaliai veikti.
Į organizmą įvedamas savotiškas sintetinių RNR molekulių kokteilis, kuris tarnauja kaip substratas trumpoms interferuojančioms RNR (siRNR) susidaryti ir kartu su baltymais, pirmiausia Argonaute2 — argonauto baltymais, sukuria sudėtingą molekulinį kompleksą. Joje esančioje RNR yra regionų, kurie yra vienas kitą papildantys, tai yra, atitinkantys pasiuntinio RNR kodą. Kompleksas jį suriša ir neutralizuoja. Baltymai nėra sintetinami.
"RNR trukdžių funkcijos keitėsi kartu su organinio pasaulio evoliucija. Pavyzdžiui, augaluose, vabzdžiuose ir apvaliose kirmėlėse jis formuoja antivirusinį imunitetą. Kai genomas tampa vis sudėtingesnis, šis mechanizmas vis labiau dalyvauja reguliuojant transkripciją ir vertimą", — sako ekspertai.
Organizme RNR trukdžius sukelia dviejų tipų molekulės — mikroRNR ir piRNR. Buvo nustatytas ryšys tarp netinkamos mikroRNR ir paveldimų ligų, vėžio, širdies ir nervų sistemos ligų. Remiantis Didžiosios Britanijos miRBase duomenų baze, žmonėse buvo rasta 1917 mikroRNR genų, o pelėse — 1234. PiRNR saugo genomą nuo mobilių genetinių elementų.
Prieš vėžį ir virusus
RNR kišimasis iškart pamatė didelį praktinio pritaikymo potencialą. Medicina gavo priemonę, skirtą gydyti retas paveldimas ligas, kurias sukelia vieno ar dviejų genų mutacijos.
2001 metais Makso Planko biofizikinės chemijos instituto (Vokietija) mokslininkai parodė, kad efektyviausios yra 21-os bazės dvigubos grandinės RNR. Jas lengva sintetinti ir modifikuoti, o tai atvėrė plačias galimybes kurti narkotikus.
2018 metais Jungtinės Valstijos patvirtino pirmąjį vaistą, pagrįstą RNR trukdžiais — patisiraną transtiretino amiloidozės gydymui. Tai yra paveldimas sutrikimas, kai baltymas transtiretinas kaupiasi ląstelėse, todėl vaikystėje miršta. Jei laiku į raumenis suleidžiamas modifikuotų siRNR tirpalas, ligos vystymasis labai sulėtėja. Vaistas nuo ūminės kepenų porfirijos yra kelyje, veikiantis tuo pačiu principu.
Vabzdžių ir apvaliųjų kirmėlių RNR trukdžiai apsaugo nuo virusų. Nėra žmogaus, bet mokslas gali tai išspręsti.
Viena iš galimybių yra išjungti viruso genus, kad jis nesikartotų ląstelės viduje. Tokiu keliu pasuko Rusijos Federalinė biomedicinos agentūra, kur kuriamas vaistas MIR-19. Tačiau viruso genomas greitai mutuoja.
Kitas metodas — virusų užkrėstos ląstelės genų išjungimas — buvo naudojamas Mečnikovo vakcinų ir serumų tyrimų institute. Tokiu atveju jums nereikia jaudintis dėl tam tikros padermės evoliucijos.
"Virusai yra tarpląsteliniai parazitai. Norint palaikyti reprodukcijos ciklą, jiems reikia ląstelių faktorių ir signalinių būdų. SiRNR pagalba šie procesai gali būti blokuojami", — aiškina mokslininkai.
Manoma, kad SARS-CoV ir SARS-CoV-2 lengvai pralaužia ląstelės apsaugą dėl baltymų, slopinančių RNR trukdžius. Visų pirma, nukleoproteinai N ir 7a. Jų genai buvo pasirinkti kaip siRNR taikiniai. "Čia mes skaičiuojame dvigubą efektą — šių genų produktų sumažėjimą užkrėstose ląstelėse ir RNR trukdžių slopinimo efekto sumažėjimą", — priduria RIA Novosti pašnekovai. Kitas galimas taikinys yra membraninių baltymų genai, palengvinantys viruso įsiskverbimą į ląstelę — AKF-2 ir neuropilinas 1.
Mokslininkai vis dar eksperimentuoja su ląstelių linijomis, užkrėstomis įvairiais virusais. Rezultatai teikia vilčių ir, atsižvelgiant į greitį, kuriuo dabar bandomi ir į apyvartą įleidžiami nauji vaistai, yra tikimybė, kad koronaviruso purškalas pasirodys ne per tolimoje ateityje. Prieš išeinant iš namų pakanka ja gydyti nosiaryklę — infekcija bejėgė.