MÓCSAI ATTILA
A knockout egerek

A génfunkció kutatásának Rosetta-kövei


A 2007. évi orvosi és élettani Nobel-díjat Mario Capecchi és Oliver Smithies amerikai, valamint Martin Evans angol kutatónak ítélték oda az egerek specifikus genetikai módosításának módszertanával kapcsolatos felfedezéseikért. A díj egy olyan technológia legmagasabb szintű elismerését jelenti, amely lehetővé teszi egyes gének célzott törlését kísérleti egerek genetikai állományából. Az így létrehozott úgynevezett génkiütéses ("knockout") egerek vizsgálata forradalmasította az orvosbiológiai kutatásokat és lehetővé tette a DNS-ben kódolt információ minden eddiginél részletesebb és pontosabb megértését.

Bár az egyiptomi hieroglifákat évezredek óta ismerték, ezek értelmét és az általuk közlendő információkat csak a XIX. század elején sikerült megfejteni. Ehhez véletlenszerűen maga Napóleon járult hozzá azzal, hogy Egyiptom elfoglalása után csapatai egy építkezés során érdekes követ találtak az egyiptomi Rashid (angolul Rosetta) kikötővárosban. Az azóta Rosetta-kő néven híressé vált és ma is a British Múzeum egyik fő műtárgyaként őrzött kövön ugyanaz a szöveg található három különböző nyelven, köztük egyiptomi hieroglifa-írással és görögül is. A Rosetta-kő segítségével a XIX. század elején több kutatónak (köztük a legismertebb Jean-François Champollion-nak) együttesen sikerült megfejtenie a hieroglifa-írást, ami forradalmi változást eredményezett az ókori egyiptomi kultúra megértésében. Az addig szó szerint és átvitt értelemben is "hieroglifának tűnő" írás a modern ember számára is érthetővé vált.

Az elmúlt évtizedekben hasonló változás zajlott le a molekuláris élettudományokban is. A XX. század utolsó évtizedeinek legnagyobb horderejű nemzetközi kutatási projektje, a 2001-ben lényegében befejezett humán genom projekt minden korábbinál pontosabb információt adott az emberi genetikai állományban (a DNS-ben) tárolt információról. Ez a projekt azonban csak az emberi DNS alapelemei, az úgynevezett nukleotidok sorrendjének (szekvenciájának) a meghatározására vonatkozott és eredménye egy mintegy 3 billió, az egyes nukleotidok rövidítéseinek megfelelően A, C, G és T betűből álló "szöveg" lett. Ez a "szöveg" azonban önmagában ugyanúgy értelmezhetetlen, mint a hieroglifák voltak a Rosetta-kő felfedezése előtt. Ezt illusztrálja az 1. ábra, melyen az egyiptomi Holtak könyvének egy i. e. 1240 körül hieroglifa-írással papiruszra írt részletét és az emberi inzulint kódoló gén nukleotidsorrendjét mutatom be - az olvasó számára mindkét "szöveg" értelmetlennek tűnhet.


1. ábra

A humán genom projekt és az azt követő szekvenálási forradalom (pl. az egérgenom nukleotidsorrendjének 2002-ben való publikálása) nyomán ma már tudjuk, hogy a különböző emlősfajok genetikai állománya mintegy 25 000-30 000 gént (fehérjekódoló egységet) tartalmaz. Ebből a szempontból nincs lényeges különbség az egyes emlősfajok között: emberben és egerekben lénye-gében ugyanannyi gén található, és a létező gének 99 százaléka megfelel egymásnak a két faj között. Az egyes gének nukleotidsorrendjét ma már ismerjük, és elég nagy pontossággal meg tudjuk határozni az ezek által kódolt fehérjék aminosavsorrendjét is (a teljes pontosságot egyes gének esetében az exon-intron határok bizonytalansága, valamint a különböző fehérjevariánsok ugyanazon génről való szintézisének a lehetősége korlátozza). Megfelelő módszerekkel vizsgálhatjuk az egyes fehérjék eloszlását a szervezetben, termelésük szabályozásának módját, a fehérjelánc térbeli csavarodását vagy más fehérjékkel való kölcsönhatásaikat is. A legfontosabb, mindezeken túlmutató kérdés azonban az, hogy melyik génnek mi a szerepe (funkciója) az emlős szervezetben és annak sejtjeiben. Egy hasonlattal élve: hiába ismerjük az autónk orrában található hatalmas fémszerkezet pontos kémiai összetételét, teljes háromdimenziós képét vagy minden egyes csavarjának a méretét, nem vagyunk sokkal közelebb az autó működésének megértéséhez, ha nem tudjuk, hogy ez a szerkezet (a motor) az üzemanyag elégetésével az autó elindulásához szükséges mozgási energiát biztosítja.

A gének funkciójának a vizsgálata
Hogyan lehetne vizsgálni az egyes gének/fehérjék funkcióját? Az egyes gének/fehérjék a szervezet különböző sejtjeiben, illetve szöveteiben (a vércsoportokat meghatározó fehérjék a vörösvértestekben, a tejfehérjék az emlőmirigyben stb.) fejeződnek ki, termelődésük gyakran időben is változik (a vércukorszint emelkedése fokozza az inzulin képződését, egyes fertőzések hatására az adott fertőző ágenst elpusztítani képes fehérjék termelődnek stb.). Megfelelő módszerekkel ezeket a kifejeződési mintázatokat vizsgálni tudjuk, és megpróbálhatjuk ebből "megsejteni“, hogy mi lehet a fehérje funkciója. Sajnos, nagyon sok példa van azonban arra, hogy egy fehérje jelen van egy adott sejtben, mégsem szükséges az általunk "sejtett" funkcióhoz. Ennek egyik magyarázata az lehet, hogy az adott fehérje az adott sejtnek egy másik funkciójában vesz részt, de az is előfordul, hogy egy fehérje jelenléte csak "evolúciós maradvány" anélkül, hogy bármilyen fontos szerepet töltene be az adott helyen.

Próbálhatjuk gátlószerek segítségével is vizsgálni egy fehérje szerepét, de sajnos, nagyon kevés jól működő gátlószer létezik, és ezek közül is viszonylag kevés az, ami bizonyíthatóan csak egy fehérje működését gátolja. A gátlószerek alkalmazása tehát nem teszi lehetővé tetszőleges fehérje funkciójának a vizsgálatát.

A szervezeten kívül (ún. "in vitro" vagy "kémcsőbeli" körülmények között), például hosszú távon fenntartott sejttenyészetekben (ún. sejtvonalakban) lehetőség van az egyes gének törlésére és a következményes funkcionális változások vizsgálatára. Az ezekben a rendszerekben kapott eredmények azonban nem szükségszerűen utalnak a szervezetben ténylegesen betöltött funkcióra. Ennek fő oka az, hogy az ily módon vizsgálható sejtvonalak maguk is kóros (gyakran daganatokból évtizedekkel ezelőtt eltávolított, és azóta mesterséges körülményekhez "szoktatott") sejtek, melyek működése lényegesen eltér a szervezeten belüli sejtekétől.

Az említetteknél sokkal pontosabb információkat szolgáltatnak azok a ritka öröklött betegségek, amelyeket egy gén károsodása okoz az érintett betegekben. Ezek klasszikus példái az egyik véralvadási faktor hiánya miatt létrejövő, X-kromoszómához kötött módon öröklődő vérzékenység, vagy az Európában leggyakoribb súlyos öröklődő betegség, a mukoviszcidózis (cisztikus fibrózis), amely egy klorid-csatorna genetikai hiánya miatt okoz életveszélyes légzési és emésztőrendszeri zavarokat. Kísérleti állatokban (elsősorban egerekben) hasonló megközelítéssel, a spontán genetikai mutációk eredetének vizsgálatával sikerült azonosítani számos további gén funkcióját (így ismerték fel például a szőrzetszín öröklődéséért felelős géneket). Az ilyen, a gének szerepének megértését segítő spontán mutációk azonban mind emberben, mind egerekben nagyon ritkák, ezért az ezek által megismert funkciójú gének száma elhanyagolható az emlős szervezetben található 25 000-30 000 génhez képest. Ráadásul ezt a megközelítést sokáig (a humán genom projekt befejezéséig) inkább új gének azonosítására, nem pedig ismert gének funkciójának a vizsgálatára alkalmazták. Ennek az úgynevezett "fordított genetikának" a klasszikus példája volt egy speciális izomfehérje, a disztrofin felfedezése, melyet egy súlyos öröklött izombetegség, az X-kromoszómához kötött Duchenne-féle izomdisztrófia vizsgálata és a betegséget okozó gén "visszafejtése" tett lehetővé. Az élő emberben vagy állatban fellépő egyértelmű betegségtünetekre (ún. "fenotípusra") épülő megközelítés miatt ráadásul éppen a legfontosabb géneket "nem vesszük észre“: azokat, amelyek hiánya már a korai embrionális korban a magzat elhalásához vezet, így nem is születnek betegségtüneteket mutató élő egyedek. A mutációk ritkasága miatt hasonlóképpen nem alkalmas ez a megközelítés olyan génfunkciók azonosítására, ahol két hasonló génnek átfedő funkciója van, és csak akkor látnánk egyértelmű károsodást, ha mindkét gén roncsolódna.

A bemutatottak alapján sem a sejtvonalakon végzett kísérletek, sem a véletlen mutációk következményeinek vizsgálata nem alkalmas az emlősök génjeinek nagy számú, célzott funkcionális vizsgálatára. Ideális erre a célra inkább az lenne, ha képesek lennénk célzottan törölni bármely tetszőleges gént emlősök (pl. kísérleti egerek) genetikai állományából. Ezzel kísérleti körülmények között célzottan hozhatnánk létre az egyébként nagyon ritka genetikai károsodásokat, ráadásul ezt egy adott gén irányából "előrefelé", nem pedig egy ismert fenotípustól "visszafelé" haladva tehetnénk meg. Egy-egy ilyen célzott mutáció a génállománnyal együtt öröklődve tartósan fenntartható modellt hozna létre az adott gén funkciójának vizsgálatára. Az ilyen mutációkat ráadásul - az öröklődés mendeli szabályainak figyelembevételével - tetszőlegesen lehetne keresztezni más mutációkkal is, elősegítve ezzel az egymással átfedő funkciójú gének felismerését.

A géntörléses mutáns egerek
Bár az egyes gének célzott törlésének beláthatatlan előnyei lettek volna az orvosbiológiai kutatásban, ennek gyakorlati megvalósítását sokáig két probléma is akadályozta. Az egyik az volt, hogy sokáig nem állt rendelkezésre megfelelő technológia egy adott gén célzott törlésére egy emlőssejt génállományából. A másik probléma az volt, hogy ha sikerült is volna célzottan törölni egy gént egy adott sejtből, sokáig nem voltunk képesek arra, hogy az így létrehozott mutációt élő állat génállományába juttassuk. Ehhez ugyanis az kellett volna, hogy a soklépéses folyamaton keresztül módosított sejt képes legyen valamelyik emlősállat testében megtapadni és az ivarsejteken keresztül továbbörökíteni a mutációt. E nélkül lehetetlen volt az öröklött genetikai betegségekhez hasonlóan egy élő állatban is létrehozni a mutációt.

A 2008. évi orvosi és élettani Nobel-díjat ezen módszertani problémák megoldásáért (a hivatalos indoklás szerint a "specifikus genetikai módosítások embrionális őssejtek segítségével egerekbe való bejuttatásának alapelveivel" kapcsolatos felfedezéseikért) ítélték oda Mario Capecchi és Oliver Smithies amerikai és Martin Evans angol kutatóknak (2. ábra). Az általuk kidolgozott technológia lehetővé tette tetszőleges gén törlését egy egér teljes genetikai állományából. Az így létrehozott géntörléses egérmutánsok (az úgynevezett "knockout" egerek) forradalmasították az orvosbiológiai kutatásokat, és ma már a génfunkciók kutatásának (az úgynevezett funkcionális genomikának) az egyik legalapvetőbb módszerét alkotják. A knockout-technológia segítségével lehetőség nyílt tetszőleges génnek (és az általa kódolt fehérjének) egy emlősállat génállományából való törlésére és az állatok élettani folyamataira való következményes hatások vizsgálatára.


2. ábra

Az első knockout egerek
Hogyan is történik egy ilyen "knockout" egér létrehozása és mi volt a Nobel-díjjal jutalmazott kutatók hozzájárulása a módszer kidolgozásához? Az első problémát, egy adott gén specifikus inaktiválását Mario Capecchinek és Oliver Smithies-nek egymással párhuzamosan sikerült megoldaniuk. Megközelítésük alapja az, hogy az anyai és apai kromoszómák között viszonylag ritkán, de létrejön a DNS-állomány kicserélődése. Ennek mechanizmusa az úgynevezett homológ rekombináció: az egymás mellé fekvő, hasonló (homológ) DNS-szekvenciákat tartalmazó DNS-láncok között átkereszteződés jöhet létre, így a kovalensen folytonos DNS-molekula "átugrik" az egyik láncról a másikra (a 3. ábra bal oldala). Capecchi és Smithies feltételezte, hogy ugyanez akkor is létrejöhet, ha egy olyan idegen DNS-szálat viszünk be a sejtbe, amelynek eleje és vége a sejt saját DNS-ének egyik génjével homológ szekvenciákat tartalmaz, közepe viszont eltér a szervezet saját DNS-ének nukleotidsorrendjétől. Amennyiben a rekombináció (átkereszteződés) az idegen DNS mindkét végén létrejön, akkor a két homológ szakasz közti terület beépül a sejt saját genetikai állományába (a 3. ábra jobb oldala). Ezzel a módszerrel tehát lehetőség lenne egy gén egy részének a lecse-rélésére vagy eltávolítására. Amennyiben az eltávolított szakasz a gén funkciójához elengedhetetlen, akkor ez a célzott változtatás a gén inaktiválását (funkcionális törlését) eredményezi. Capecchi és Smithies hosszasan dolgoztak a módszer technikai részleteinek kidolgozásán, és végül igazolták, hogy a megfelelő módon a sejtmagba juttatott idegen DNS-molekula képes homológ rekombináció segítségével beépülni ("integrálódni") a sejt genomjába1,2. Ez a módszer lehetővé tette egy emlős sejt bármely génjének tetszőleges módosítását vagy akár célzott törlését is.


3. ábra

Mindezeket a célzott genetikai módosításokat azonban viszonylag hosszú idő alatt és rossz hatásfokkal lehetett létrehozni, ezért a módszer csak sejttenyészetben tartott sejteken működött. A végső cél azonban az volt, hogy a célzott mutációkat (pl. egy gén törlését) egy teljes állatban el lehessen végezni. Ehhez olyan sejtekre lett volna szükség, amelyeket sejttenyészetben viszonylag hosszan lehet tartani (hogy a bonyolult genetikai módosítások elvégezhetők legyenek), ugyanakkor a módosítások után beépüljenek egy állat szervezetébe, ezen belül is legfontosabbként képesek legyenek ivarsejtekké fejlődni, és ezáltal a bennük található mutációt a következő generációra továbbörökíteni. Ilyen sejtek Capecchi és Smithies korai kísérletei idején még nem álltak rendelkezésre.

Martin Evans mindeközben egerek embrionális daganataiból származó sejtek fejlődési képességét vizsgálta. Ezekből a sejtekből a szervezet szinte minden sejtje ki tudott alakulni, sajnos azonban (feltételezhetően a daganatra jellemző kromoszóma-rendellenességek miatt), pont az ivarsejtek nem jöttek soha létre az embrionális daganatokból származó sejtekből. A probléma áthidalására Evans megpróbálkozott egészséges egérembriók sejtjeinek (úgynevezett embrionális őssejteknek) a sejttenyésztéssel való fenntartásával3. Ez megfelelő körülmények között sikerült is neki, kérdéses volt azonban, hogy az így kapott sejtekből fejlődhetnek-e ivarsejtek, amelyek továbbörökítik az embrionális őssejtek genetikai állományát. Ennek érdekében egy más törzshöz tartozó egérembrióba embrionális őssejteket juttatott és vizsgálta az így kifejlődő egereket és azok utódait. Azt tapasztalta, hogy az őssejtekkel kevert embrióból kifejlődő egerek (úgynevezett "kimérák") sejtjei között mind a befogadó embrióból, mind a donor embrionális őssejtekből származó sejtek megtalálhatók voltak, és hogy ezen kimérák utódainak egy részében az embrionális sejtekből származó genetikai információ öröklődött tovább, tehát az embrionális őssejtekből fejlődő ivarsejtek képesek voltak a genetikai információ továbbörökítésére4. Evans ennél tovább is ment: retrovírusok segítségével idegen géneket juttatott az embrionális őssejtekbe, és kimutatta, hogy az ilyen őssejtekből kiindulva nyert egerekben megjelentek a retrovírus eredetű genetikai információk5. Összességében tehát Evans munkacsoportja olyan hosszú távon tenyészthető (és genetikailag manipulálható) sejteket fejlesztett ki, amelyek képesek voltak genetikai információtartalmukat akár egy egész élő állatra (egérre) is továbbörökíteni.

Ezen a ponton (az 1980-as évek közepe táján) adva volt tehát két megközelítés, de önmagában egyik sem tette lehetővé egy élő állat génjeinek módosítását. Capecchi és Smithies homológ rekombinációval kapcsolatos kísérletei lehetővé tették egy emlőssejt saját génjeinek lényegében tetszőleges célzott módosítását (akár törlését is). Ez a módszer azonban csak klasszikus sejtvonalakon (évtizedekig fenntartott, többnyire daganatos eredetű sejteken) működött, ezekből pedig nem lehetett ivarsejteket létrehozni, tehát a módosított genetikai állományt nem tudták egy élő állat génállományába juttatni. Evans embrionális őssejtekkel végzett kísérletei létrehoztak laboratóriumi körülmények között hosszan fenntartható és manipulálható sejteket, amelyek megfelelő körülmények között képesek voltak ivarsejtekké fejlődni, és így az általuk hordozott genetikai információt egy élő egérre örökíteni. Ezeket a sejteket azonban Evans vagy korábban ismert mutációkat hordozó egerekből hozta létre, vagy retrovírusok segítségével manipulálta, amelyekről ismert volt, hogy véletlenszerű helyekre integrálódnak a genomban, tehát nem alkalmasak a saját gének célzott módosítására (esetleg törlésére).

Capecchi és Smithies tehát kidolgozták, hogy hogyan lehet egy saját gént módosítani, Evans pedig létrehozta azt a sejttípust, amelyből egy ilyen mutációt tovább lehet vinni egy élő állatba. Ezután már csak a két megközelítés egyesítésére volt szükség, amit Capecchi és Smithies munkacsoportjai végezték el egymással párhuzamosan. Mindketten egy jól ismert és jól vizsgálható enzimet kódoló, a Lesch-Nyhan szindróma nevű X-kromoszómához kötött anyagcsere-betegségért is felelős Hprt gén módosítását tűzték ki célul. 1987 végén előbb Capecchi6, majd pár héttel később Smithies7 munkacsoportja közölte, hogy sikerült idegen eredetű DNS-sel lecserélni az embrionális őssejtek saját Hprt génjét. Ezek az eredmények ekkor még csak sejttenyészetben tartott embrionális őssejtekre vonatkoztak. További két évet kellett várni, mire Smithies munkacsoportja 1989-ben közölte, hogy a mesterségesen módosított genetikai állományú őssejtekből kiindulva célzott módosítást tartalmazó egerek születtek8. Ezzel nemcsak szó szerinti értelemben születtek meg az első "knockout egerek", hanem olyan forradalmi változás indult el az orvosbiológiai kutatásban, amelynek eredményeként ma már a génfunkció vizsgálatában, de számos más orvosbiológiai kérdésben is a legfontosabb módszertani megközelítések közé tartozik az egyes gének "kiütése" és az így létrehozott génhiányos ("knockout") egerek vizsgálata.

A knockout egerek alkalmazása
A leírt, Capecchi, Evans és Smithies által alapelveiben kidolgozott módszerekkel azóta mintegy tízezer különböző "knockout" egértörzset hoztak létre, tehát az emlős gének 30-40 százalékát már génhiányos egerek segítségével is vizsgálni lehet. Mi mindenre használhatók ezek a géntörléses mutánsok?
Az egyik, a Nobel-díj indoklásában is kiemelten hangsúlyozott alkalmazás a ritka öröklött betegségek kórfolyamatának jobb megértése. Ezen betegségeket egyes gének specifikus mutációi eredményezik, melyek a gén csökkent vagy (ritkábban) fokozott működését, sőt gyakran a gén teljes kiesését hozzák létre. Az ilyen betegségek jobb megértéséhez olyan állatmodellekre lenne szükségünk, amelyek ugyanabban a génben, lehetőleg ugyanazt a mutációt eredményezik. Erre a célra ideálisan alkalmasak a "knockout" egerek, melyekben célzottan tudunk "kiütni" egy gént és ezáltal az adott gén hiánybetegségét állatkísérletekben is modellezhetjük. Ilyen modellek azután segíthetnek a betegség kórfolyamatának jobb megértésében, valamint lehetséges terápiás beavatkozások kidolgozásában és ellenőrzésében. Ilyen modellek ma már nagyon sok betegség esetében rendelkezésre állnak, ezek közül a mukoviszcidózis (cisztikus fibrózis) egérmodelljeinek létrehozásában Evans és Smithies munkacsoportjai is részt vettek.
 
 

Hány génje van egy embernek?

A humán genom projekt 2001-es publikálása előtt heves szakmai vitákat váltott ki az a kérdés, hogy vajon hány génje van egy embernek. Ekkor már ismert volt, hogy több alacsonyabb rendű (gerinctelen) fajnak is kb. 20 000 génje van. Az emberi szervezet sokkal bonyolultabb működése alapján a legtöbb kutató azt feltételezte, hogy az emberi genom ennél sokkal több gént tartalmaz. Egy New York-i konferencián 2000-ben komoly tudósok még fogadásokat is kötöttek az emberi gének számára. Ekkor legtöbben még kb. 100 000 emberi génre számítottak. A humán genom projekt talán egyik legmeglepőbb eredménye az volt, hogy az embernek csak kb. 25 000-30 000 génje van - nem sokkal több, mint a lényegesen egyszerűbb felépítésű ecetmuslicának vagy fonálféregnek. Egy szervezet összetettsége ("komplexitása") tehát nem a gének számától, hanem más tényezőktől, például a gének szabályozásától vagy együttműködésétől függ.
 

 

A másik lehetséges alkalmazás nem a viszonylag ritka egygénes öröklődésű, hanem a sokkal gyakoribb több gén által befolyásolt, sőt akár nem, vagy csak kis részben genetikai tényezők által meghatározott betegségek megértésére és gyógyítására irányul. Ilyen betegségek az érelmeszesedés, a cukorbetegség, a gyulladásos megbetegedések vagy a magasvérnyomás-betegség. Bár ezek a betegségek nem írhatók le egyszerűen egy gén károsodásaként, a célzott és jól definiált genetikai módosítások nagy segítséget jelentenek ezen betegségek genetikai vagy egyéb aspektusainak vizsgálatára. Ennek egyik példája az érelmeszesedés kialakulásának a vizsgálata. Humán betegekben ismert, hogy bizonyos vérlipidek (pl. a koleszterin) szintjének a megemelkedése nagymértékben fokozza az érelmeszesedés kialakulásának a valószínűségét. Ezzel összhangban egy, a vérlipidek szállításában szerepet játszó fehérje (az ApoE) génjének törlése egerekben a koleszterinszint jelentős emelkedését és súlyos spontán érelmeszesedést okoz. Bár az ApoE hiánya emberekben csak kismértékben járul hozzá az érelmeszesedés kialakulásához, az ApoE-hiányos egerek vizsgálata mégis nagyon fontos, az érelmeszesedés kórfolyamatának megértéséhez elengedhetetlen felismerésekhez vezetett.
 
 

Őssejt-Nobel-díj-e a 2007. évi orvosi Nobel-díj?

A 2007. évi orvosi Nobel-díj kihirdetése után több fórumon, köztük a magyar médiában is megjelent, hogy őssejt-kutatásért ítélték oda a díjat. Le kell szögeznünk azonban, hogy bár az őssejtek vizsgálata fontos eleme volt a díjazott kutatók tevékenységének, a díj a "knockout" egerek létrehozásának szólt, és ezen belül az őssejtek kutatása csak egy technikai résztevékenység volt. Az ugyanis régóta ismert volt, hogy a megtermékenyített petesejt egy olyan őssejt, amelyből a szervezet egésze is kialakulhat. Ehhez a díjazott kutatások csak az embrionális őssejtek tenyésztésének módszertanát tették hozzá, ami önmagában (a knockout egerek nélkül) nem lett volna korszakalkotó jelentőségű. Az elmúlt években ezzel szemben nagyon komoly új eredmények születtek egyéb (nem embrionális) őssejtekkel, azok azonosításával, jellemzésével és manipulálásával kapcsolatban. Ezek a kutatások alapjaiban írják felül az emberi szervezet működéséről szóló korábbi elképzeléseinket, és beláthatatlan távlatokat nyitnak új terápiás lehetőségek felé. Egészen biztos, hogy ezek a kutatások számos "igaz" őssejt-Nobel-díjat fognak kiérdemelni a következő évtizedekben.
 

 

A harmadik lehetséges alkalmazás még általánosabb: az egyes gének funkciójának megértésére irányul. A korábban leírtak alapján, ebben szintén forradalmi változást hozott a knockout egerek alkalmazása. Ez a technológia ugyanis lehetővé teszi tetszőleges gén törlését a genomból és a következményes változások követését, akár az egész szervezet szintjén is. Bár ez a kérdéskör inkább a biológiai rendszerek alapjainak megértéséhez kapcsolódik, érdemes megemlíteni, hogy a jelenleg alkalmazott gyógyszerek mindegyike is összesen csak mintegy 500 fehérjén hat, miközben a szervezet 25 000-30 000 génjéről körülbelül ugyanennyi fehérje szintetizálódik, melyek közül feltehetőleg 500-nál jóval több szolgálhatna különböző betegségek gyógyszeres kezelésének támadáspontjául. Azt kell mondanunk, hogy a jelenlegi, viszonylag szűk gyógyszer-támadáspont-spektrum elsődleges oka az egyes gének funkciójára vonatkozó részletes ismereteink hiánya. Minél többet tudunk meg (pl. "knockout" egerek segítségével) szervezetünk több tízezer fehérjéjének a szerepéről, annál több fehérje kerülhet bele abba a körbe, ahol már érdemes és tudományosan megalapozott lehet az adott fehérje specifikus gátlószerének kifejlesztése és esetleges terápiás alkalmazása. A "knockout" egereknek az általános génfunkció vizsgálatára való alkalmazása tehát szintén elősegíti a betegségek jobb megértését és hatékonyabb gyógyítását.
 
 
 

Irodalom
1. Smithies O, Gregg RG, Boggs SS, Koralewski MA and Kucherlapati RS: Insertion of DNA sequences into the human chromosomal beta-globin locus by homologous recombination. Nature 1985, 317: 230-234.
2. Thomas KR, Folger KR and Capecchi MR: High frequency targeting of genes to specific sites in the mammalian genome. Cell 1986, 44: 419-428.
3. Evans MJ and Kaufman MH: Establishment in culture of pluripotential cells from mouse embryos. Nature 1981, 292: 154-156.
4. Bradley A, Evans M, Kaufman MH and Robertson E: Formation of germ-line chimaeras from embryo-derived teratocarcinoma cell lines. Nature 1984, 309: 255-256.
5. Robertson E, Bradley A, Kuehn M and Evans M: Germ-line transmission of genes introduced into cultured pluripotential cells by retroviral vector. Nature 1986, 323: 445-448.
6. Thomas KR and Capecchi MR: Site-directed mutagenesis by gene targeting in mouse embryo-derived stem cells. Cell 1987, 51: 503-512.
7. Doetschman T, Gregg RG, Maeda N, Hooper ML, Melton DW, Thompson S and Smithies O: Targetted correction of a mutant HPRT gene in mouse embryonic stem cells. Nature 1987, 330: 576-578.
8. Koller BH, Hagemann LJ, Doetschman T, Hagaman JR, Huang S, Williams PJ, First NL, Maeda N and Smithies O: Germ-line transmission of a planned alteration made in a hypoxanthine phosphoribosyltransferase gene by homologous recombination in embryonic stem cells. Proc Natl Acad Sci U S A 1989, 86: 8927-8931.


Természet Világa, 139. évfolyam, 3. szám, 2008. március
http://www.termeszetvilaga.hu/ 
http://www.chemonet.hu/TermVil/