"Meil on juba olemas tööriistad, mis võimaldavad teha geenides muudatusi ja teha neid väga täpselt," ütleb Šikšnys. Selliseid tööriistu rakendatakse näiteks taimede sordiaretusel, aga neist võib abi olla ka inimestel erinevate haiguste raviks.

"Kui inimeste ravile mõelda, siis genoomi muutvad ravimid on kuidagi vaja kudedesse, raku sisse kohale toimetada," osutab Šikšnys. Selleks asetavad teadlased geeniravimi piltlikult öeldes rakutaksosse ehk adenoassotseerunud viiruste (AAV-de) sisse. Viimased sõidutavad geenilõikamise juhise kehas õigesse kohta. "Kohale jõudes tehakse tööriist õiges koes nii-öelda valmis, et see võiks oma ettenähtud geneetilise muutuse ära teha," kirjeldab professor.

Mure on tema sõnul selles, et praegu genoomi muutmiseks kasutatavad tööriistad on üsna suured. Samas on AAV-de lastiruum piiratud ning suuri geenikääre on sageli keeruline väikesesse sõidukisse pakkida. "Nii otsitaksegi uusi ja väiskemaid tööriistu ning sellega tegeleme ka praegu meie oma laboris," märgib Šikšnys. Vilniuse Ülikooli biotehnoloogia instituudi teadlaste seniseid saavutusi tutvustas ta ka oma ettekandes 24. augustil Tartus peetud Geenifoorumi konverentsil.

Üheksa korda mõõda, üks kord lõika

Virginijus Šikšnyse sõnul otsivad teadlased uusi ja väiksemaid geenide muutmise tööriistu juba ammu. Selleks kasutavad teadlased bioinformaatika meetodeid: vaatavad läbi erinevaid bakterite geenijärjestusi ja ennustavad, kas midagi nähtust võiks sobida tööriistaks. "Oluline on näidata, et mingi leitud võimalus ka päriselt tööriistana töötab: et seda on võimalik ümber programmeerida tegema lõikeid täpselt seal, kus neid teha on vaja," selgitab professor.

Siin tulebki mängu Šikšnys ühes kolleegidega. "Tegeleme oma Bioteaduste keskuse laboris just sedasorti tööriistade biokeemilise iseloomustamisega. Oleme esimeste seas, kes sellega tegelevad," täpsustab ta.

Oma ettekandes tutvustas Šikšnys kaht uut ja pisemat paari geenikääre: Cas12f perekonna endonukleaase ning neist veelgi pisemaid tnpB transposoneid. Nagu Nobeli preemia pälvinud CRISPR/Cas9 meetod, on needki mõlemad bakteritelt laenatud nipid. Nimelt, kui bakter elab üle viiruse rünnaku, lisab see osa viiruse pärilikkuseainest oma genoomi – see võimaldab bakteril tulevikus nakkuse korral kiiremini sama viiruse pärilikkusaine puruks hakkida.

"Mulle meeldivad sellised lähenemised, kus sa tegeled bioloogilise küsimusega, aga küsimuse vastus panustab ka tehnoloogiate arendusse," ütleb Šikšnys. Praegu tõstetakse näiteks tnpB-de kui tedaolevalt kõige pisemate geenmuutmise tööriistade juures esile just seda, et neid annab hõlpsasti rakutaksosse pakkida. "Samas panustab meie töö oluliselt alusteadusesse, sest annab vastuse pikalt valdkonda kummitanud mõistatusele: mida tnpB üldse bakterites teeb?" toob professor välja.

Ta näitas oma ettekandes, et miljoni erineva variatsiooniga tnpB-d täidavad bakteris sama eesmärki nagu kuulsad suured CRISPR/Cas geenikäärid. Ehkki algsed käärid olid tema sõnul juba iseenesest hea tööriist, annab suurem tööriistaarsenal igas töös paindlikkust juurde: "Kui sul on kas või paberit lõigates erinevaid kääre, saad sa erinevat tüüpi paberit täpsemini lõigata."

Ravimiteta ravi

Oma ettekandes kõneles Virginijus Šikšnys sellestki, kuidas tulevikus pääseda paremini ligi inimeste haigustega seotud geenmutatsioonidele. Nimelt polnud 75 protsendile neist võimalik seniste geenikääridega läheneda, sest neis polnud üht geenimuutuse tegemiseks väga olulist juppi: protospacer '​iga külgnevat järjestust ehk PAM-i ala.

"Kui sul on kusagil genoomis mutatsioon, aga PAM-i järjestust pole, siis sa ei saa sellele läheneda," selgitab professor. Siin tulevad appi praeguste geenikääride Cas9 ortoloogid ehk erinevate liikide Cas9-d. Viimastel on ka olulised PAM-i alad pisut erinevad. "Kui sul on erinevate PAM-idega Cas9 ortoloogid, on sul ka rohkem paindlikkust, sest sul on võimalik ligi pääseda suuremale osale genoomipiirkondadele," selgitab professor.

Paraku pole PAM-i järjestusi Šikšnyse sõnul võimalik bioinformaatiliselt ennustada. Oli küll teada, et erinevate PAM-i aladega Cas9-d on palju, ent kui palju täpselt ja kui mitmekesisel valikul, jäi pikalt selgusetuks.

"Meie arendasime välja oma biokeemilise seiremeetodi, mis võimaldab PAM-i järjestusi katseliselt läbi vaadata," märgib professor. Uue meetodi toel tegi tema töörühm katsetes kindlaks nii palju uusi Cas9 ortolooge, et nüüd on neil viimastest terve kataloog. "Mõned neist toimivad päristuumsetes rakkudes (sealhulgas inimrakkudes, toim), mõned mitte nii hästi. Eks seal on veel arenguruumi," tõdeb Šikšnys.

Praktilises mõttes võib professori sõnul olla geeniteraapia tööriistadest inimestel palju kasu, sest mitmed haigused tulevadki kindlatest mutatsioonidest inimese genoomis. Nüüd lubavad uued tööriistad neid mutatsioone parandada. "Võib-olla kujuneb neist ravi, kus sul polegi ravimeid võtta vaja. Haiguste vastu saada olevad ravimid leevendavad tegelikult sümptomeid, aga ei kõrvalda haiguse põhjust. Geenitööristad suudavad just haiguse põhjuse ära parandada," selgitab Šikšnys.

Ehkki tema töörühm jätkab ettekandes tutvustatud geenikääride täiustamist ja paremat tundmaõppimist, avastatakse professori sõnul baktereid uurides juba juurde üha uusi viirusevastaseid kaitsesüsteeme.

"Olukord on väga sarnane sellele, kui CRISPR avastati. Ehk on olemas viirusevastane kaitsesüsteem, aga keegi ei saa aru, kuidas see töötab. Praegu tegelemegi sellega, et vaatame erinevaid viirusevastaseid kaitsesüsteeme ja püüame nende toimimist mõista," kirjeldab ta. Ta ei välista, et bakterid võivad endas peita mõnd CRISPR/Cas9-st palju paremat tööriista: "Meie otsingud jätkuvad."

Vilniuse Ülikooli biotehnoloogia professor ja Bioteaduste keskuse juhatuse esimees Virginijus Šikšnys pidas ettekande "Uued geenitöötluse tööriistad: CRISPR-Casist transposoniassotsiatsiooniga valkudeni" ("New tools for genome editing: from CRISPR-Cas to transposon-associated proteins") 24. augustil Tartus Geenifoorumi konverentsil.