Kada je na St. Jude Children’s Research Hospital u Memphisu uspješno provedena genska terapija u kojoj su djeci sa teškim sindromom nasljedne imunodeficijencije (SCID-X1) date zdrave kopije gena usljed čije mutacije dolazi do ove bolest i to pomoću HIV virusa, mnogi su bili istovremeno i uplašeni i oduševljeni ovim poduhvatom.
Naime, u studiji objavljenoj u The New England Journal of Medicine je pokazano kako je oštećeni gen kod osam malih pacijenata uspešno zamijenjen nemutiranom verzijom, što je omogućilo da organizam ove djece stvara normalne stanice imunog odgovora.
Krucijalnu ulogu u ovoj „molekularnoj operaciji“ imao je virus koji izaziva stečenu humanu imunodeficijenciju – SIDA/AIDS i taj podatak je zastrašujuće odjeknuo u javnosti. Međutim, u očima stručnjaka, nije se dogodilo ništa strašno – lentivirusi, u koje spada i spomenuti HIV, već neko vrijeme se koriste kao zgodno „transportno sredstvo“ u istraživanjima efikasnosti ovakvih terapija. Treba podvući i činjenicu da je HIV korišten za ovu svrhu izmijenjen tako da ne inficira organizam niti se može replicirati u ljudskim stanicama te tako ne izaziva bolest.
Nevidljivi neprijatelj
Sasvim je prirodno da mi viruse povezujemo sa nečim lošim i opasnim – neke od najtežih bolesti koje čovječanstvo poznaje, poput velikih boginja, dječije paralize, AIDS/SIDA su izazvane virusima, a na viruse nisu imune ni životinje, biljke, pa čak ni bakterije.
Virusi su toliko mali – mnogo manji i od stanica bakterija, da nam je u isto vrijeme jako teško pojmiti da nam nešto takvo može nanijeti toliko bola i štete, pa čak i ugroziti život i ubiti nas, i bojimo ih se jer su nevidljivi neprijatelji koji nas vrebaju. Oni čak i nisu klasificirani kao živa bića, nego se definišu kao oblik materije koji istovremeno ima i obilježja žive i nežive materije. Virusi se ne mogu replicirati bez živih bića, ali istovremeno sadrže osnovne gradivne elemente života – jedan tip nukleinskih kiselina (DNK ili RNK, nikako obje, kao što je to slučaj kod živih bića) i proteine. Međutim, virusi mogu kristalizirati, što ih čini bližim neživoj materije.
Djeluju tako što “kidnapuju” stanice i koriste genetički materijal stanica bakterija, biljaka, životinja i ljudi, kako bi ga iskoristili za prepisivanje svoje genetičke poruke i replikaciju. Ipak, ponekad se desi da dijelove virusne DNK organizam koji je inficiran „zarobi“. Neki virusi, bolje rečeno, fragmenti njihovog genetičkog materijala, tako se “ugrađuju” u stanice živih bića, uključujući i nas.
Virusni geni u našoj DNK
Procjenjuje se da je oko 5-8% ljudskog genoma (sva DNK jedne stanice, ukupna genetička šifra ogranizma) virusnog porijekla. To je negdje oko 100 000 fragmenata viralnog genoma, raspršeno po našem vlastitom genomu. I da stvar bude komplikovanija, ovi fragmenti nisu bez funkcije, nego su zapravo imali značajnu ulogu u evoluciji.
Da nije ovih fragmenata, možda nikada ne bi došlo do razvoja jedna od najbitnijih osobina sisara – razvoja placente, krucijalnog organa za trudnoću. Zapravo, čak je nekoliko gena, porijeklom od virusa, bilo „umiješano“ u evoluciju placente. To su geni ERVW-1, koji kodira protein sincitin i gen za protein zvani HEMO. Prvi je važan za razvoj placente, a drugi za stvaranje krvnih sudova u ovom organu, kroz proces zvani angiogeneza. Da nije placente, sisari ne bi imali ovako veliku evolutivnu prednost razvijanja u unutrašnjoj sredini, u organizmu majke, zaštićeni od vanjskih utjecaja.
Kako liječiti pomoću virusa
Upravo isti oni virusi od kojih potječe i najveći dio ovih viralnih fragmenata u našem genomu su retrovirusi, koji iskoriste naše vlastite stanice kako bi prepisali svoju genetičku poruku. Oni su zanimljivi jer imaju samo molekulu RNK u sebi, kao genetički materijal.
Kako virusi zapravo i nisu živa bića, nisu stanice (ćelije), tako im je za razmnožavanje – replikaciju potrebna prava stanica. Zato virusi moraju inficirati stanice. Ako spomenuti retrovirusi inficiraju stanice, poput naših, njihova RNK se mora prepisati na DNK naših stanica, a to je nešto veoma neobično s obzirom na to da se normalno DNK prepisuje na RNK.
I upravo u jednu klasu retrovirusa, zvanu lentivirusi, spada i HIV. Međutim, ove, ali i još neke grupe virusa, naučnici koriste kao svojevrstan transportni sistem kako bi genetički materijal ubacili u stanice. Koristeći sposobnosti virusa da uđu u stanice, ali i sposobnost nekih od njih da stabilno zadrže fragment koji im je ubačen, naučnici su od virusa stvorili „trojanske konje“ – u dobrom smislu – u korist genetičkih terapija.
Virusi su već korišteni za uvođenje novih gena u biotehnologiji – kada je Paul Berg koristio virus SV40 u genetičkom inženjerstvu. Ipak, primjena u terapiji genima postala je jedna od najvažnijih potencijalnih primjena virusa.
Naime, kada kažemo „terapija“, obično mislimo na oralno uzimanje različitih medikamenata, ili injekcije i infuzije. Međutim, ako se radi o nekoj bolesti, sindromu, poremećaju koji nastaje usljed mutacije na nekom genu (ili više njih), onda je potrebno zamijeniti mutirani gen, čija disfunkcionalnost rezultuje bolešću, sa zdravom, nemutiranom verzijom. Postavlja se pitanje – kako unijeti zdravu verziju gena u organizam, jer ako bismo ga unijeli oralno, enzimi probavnog trakta bi gen razložili jer ove molekule ne prave razliku u porijeklu DNK. Možemo ga unijeti injiciranjem, ali bez transportera koji bi ga unio u stanice, ovo bi bilo beskorisno.
Virusi mogu ući u stanice, integrirati se u genom stanice, ali to ne znači da su idealni transporteri: neki virusi nisu stabilni, neki mogu izazvati komplikacije kod pacijenata pogotovo usljed reakcije imunološkog sistema samog organizma, a neki ubacuju gen od interesa sasvim slučajno u genom pacijenta, što može ozbiljno poremetiti gen i postati okidač za razvoj tumora. U jednom ranijem kliničkom testiranju genske terapije spomenutog SCID-X1, dvoje pacijanta je razvilo leukemiju, usljed aktivacije LMO onkogena (gen koji izaziva kancer) u čijoj se blizini integrirao virusni vektor.
Sami lentivirusi, kao podklasa retrovirusa, postali su veoma omiljeni kod naučnika jer imaju sposobnost da se integriraju i u stanice koje su izgubile sposobnost diobe, dok ostali retrovirusi mogu da se integriraju samo u stanice koje su sadržale tu sposobnost.
Za svrhu transporta su se pokušali koristiti i adenovirusi (AV), koji spadaju u DNK viruse, ali je njihova upotreba limitirana jer se ne integriraju u genom. Sada se više nastoji postići sa upotrebom adeno-asociranih virusa (AAV), koji, koliko je poznato, ne izazivaju bolesti, izazivaju tek blagi imunološki odgovor, stabilni su i ne inkorporiraju se u genom, što ih čini potencijalnim kandidatom za transportera pri genskim terapijama.
Ipak, istraživanje virusa kao prenosnika genskih terapija tek je u začetku i postoji mnogo izazova u ovoj oblasti – od kapaciteta virusa, preko njegove stabilnosti do sigurnosti. U slučaju da određeni virusni vektor pokaže neželjene efekte, pravilo je da se taj vektor više ne koristi u kliničkim ispitivanjima. Najveće nade se polažu u razvoj tzv. hibridnih vektora – genetički alterniranih virusa.
