Medyczny Nobel 2007 za nokaut genowy

Prowadzone przez nich eksperymenty dotyczące embrionalnych komórek macierzystych oraz rekombinacji DNA u ssaków doprowadziły do opracowania fundamentalnej techniki inżynierii genetycznej, nazwanej nokautem genowym (lub celowaniem genowym) u myszy. Dzięki niej możliwe jest utworzenie niemal każdej modyfikacji DNA, polegającej na wyłączeniu pojedynczych genów w genomie zwierzęcia. Jak dotąd naukowcom na całym świecie udało się znokautować ponad 10 tys. genów, czyli około połowy wszystkich genów znajdujących się w genomie ssaków. Nokaut genowy, pozwalający wyjaśnić złożone funkcje poszczególnych białek w organizmie, jest obecnie wykorzystywany we wszystkich dziedzinach biologii i medycyny doświadczalnej.

Liczne zastosowania nokautu

Eksperymenty z nokautem genetycznym umożliwiły poznanie roli wielu konkretnych genów w rozwoju zarodkowym, fizjologii zdrowych dorosłych organizmów, w procesie starzenia się i w rozwoju chorób. Technika ta wykorzystywana jest do tworzenia modeli zwierzęcych służących do badania ludzkich chorób i testowania różnych możliwości ich leczenia. Jak dotąd stworzono ponad 500 mysich modeli różnych chorób, w tym schorzeń sercowo-naczyniowych, chorób neurodegeneracyjnych, cukrzycy i wielu typów raka.
Ponadto bez badań na zmodyfikowanych genetycznie modelach nie byłoby mowy o intensywnie obecnie rozwijających się terapiach genowych.
Tworzenie specyficznych modyfikacji genowych u myszy stało się możliwe dzięki połączeniu dwóch, z pozoru odległych, odkryć. Pierwszym z nich było celowanie genowe, polegające na wprowadzeniu obcego DNA w określone miejsce w chromosomie, szczegółowo opracowane przez M. Capecchiego i O. Smithiesa, drugim - odkrycie totipotentnych embrionalnych komórek macierzystych dokonane przez M. Evansa.

Wspólna praca genetyków i embriologów

Genetycy M. Capecchi i O. Smithies, niezależnie od siebie, wpadli na pomysł wykorzystania naturalnego zjawiska rekombinacji homologicznej (czyli wymiany fragmentów DNA o podobnym składzie zasad) do wprowadzania zmian w genomie komórek ssaków. Po wielu latach pracy udało się im udowodnić, że spreparowany w laboratorium gen można wbudować w miejsce odpowiadającej mu sekwencji znajdującej się w chromosomie komórki. Dzięki wykorzystaniu rekombinacji homologicznej naukowcy byli zdolni wymieniać uszkodzone lub zmutowane geny na ich zdrowe wersje. Możliwe stało się również działanie odwrotne, czyli wprowadzanie do genomu mutacji inaktywujących wybrane geny. Ogromną zasługą amerykańskich uczonych było też opracowanie sposobu pozytywno-negatywnej selekcji pozwalającej na odróżnienie komórek, w których zaszedł proces rekombinacji. Początkowe eksperymenty nad modyfikacjami genowymi dotyczyły wyłącznie komórek, ale dzięki odkryciu M. Evansa możliwe stało się przeskoczenie do poziomu organizmów.
Embriolog Martin Evans, prowadząc badania nad kilkudniowymi mysimi zarodkami, odkrył, że pobrane z nich komórki, hodowane na pożywce w laboratorium, mogą się wielokrotnie dzielić, zachowując zdolność do różnicowania się w komórki tkanek. Brytyjczyk jako pierwszy zauważył, że każda z komórek embrionalnych może dać początek dowolnej tkance. Odkrycie to uświadomiło naukowcom, że wprowadzenie modyfikacji genowej do embrionalnych komórek macierzystych może doprowadzić do wyhodowania zmienionych genetycznie zwierząt o pożądanych cechach.
W 1986 r. Capecchi i Smithies rozpoczęli eksperymenty nad zamianami genów w komórkach zarodkowych. Na początek wybrano stosunkowo łatwy do identyfikacji gen hprt, uczestniczący w rozwoju rzadkiej choroby - zespołu Lescha-Nyhana. Pierwsze doniesienie o stworzeniu zmodyfikowanego genetycznie zwierzęcia zostało opublikowane w 1989 roku. Od tego czasu metoda nokautu genowego była stale doskonalona. Obecnie możliwe jest wprowadzenie do organizmu myszy mutacji, która uaktywnia się w określonym momencie życia zwierzęcia lub tylko w określonych organach czy komórkach. I z pewnością nie jest to ostanie słowo naukowców.


Laureaci 2007
Mario R. Capecchi - urodzony w 1937 r. we Włoszech, obecnie obywatel USA. Doktorat z biofizyki obronił w 1967 r. już w Stanach Zjednoczonych na Uniwersytecie Harvarda. Aktualnie pracuje w University of Utah oraz w Howard Hughes Medical Institute Salt Lake City w USA.
sir Martin J. Evans - urodzony w 1941 r. w Wielkiej Brytanii. Doktorat z anatomii i embriologii uzyskał w 1969 r. na University College w Londynie. Obecnie związany jest z walijskim Cardiff University.
Oliver Smithies - urodzony w 1925 r. w Wielkiej Brytanii, posiada obywatelstwo amerykańskie. W 1951 r. jako biochemik uzyskał stopień doktora na Uniwersytecie Oksfordzkim (Wlk. Brytania). Obecnie związany jest z University of North Carolina w Chapel Hill w USA.
Tegoroczni nobliści podzielą się po równo nagrodą wynoszącą 100 mln koron szwedzkich (1,54 mln dolarów).