Minden sejtünk több száz aprócska, ovális szervecskét tartalmaz, amelyek a felvett oxigént és tápanyagokat kémiai energiává alakítják. A mitokondriumok a sejtek erőművei, és emellett a koleszterin lebontásában, illetve hormonok és neurotranszmitterek termelésében is részt vesznek. A teóriák szerint eredetileg önálló sejtekként létezett szervecskék mindehhez saját genommal rendelkeznek, amely 37 génből áll. Mivel a mitokondrium kulcsfontosságú a sejtműködésben, a gének legkisebb hibája is nagyon súlyos következményekkel járhat. Több száz mitokondriális betegséget ismerünk, amelyek különösen a nagy energiaigényű szöveteket, az izmokat és az idegrendszert érintik, és pontosan ezért gyakran halálos következményekkel járnak.
Míg az emberi sejtmagi genomot immár 15 éve képesek célzottan módosítani a szakértők, a mitokondriális genomot eddig elkerülte a génszerkesztési forradalom. A bakteriális enzimet alkalmazó CRISPR nem működik, mert a komplex nem tud belépni a szervecske belsejébe. a korábbi génszerkesztő technikákkal (pl. TALEN-rendszerek) a laborban növesztett sejtekből pedig eddig csak a DNS megsemmisítése árán sikerült eltüntetni a mitokondriális mutációkat.
Erre a komoly problémára talált megoldást David Liu, a Broad Intézet kutatója. A szakértőt két évvel ezelőtt azzal kereste meg Joseph Mougous, a Washington Egyetem biológusa, hogy talált egy bakteriális toxint, amely szerinte hasznos lehet Liu munkája, vagyis a mitokondriális génszerkesztés során. Mint kiderült, a felfedezés valóban nagyon hasznosnak bizonyult. A mérget a Burkholderia cenocepacia nevű baktérium termeli: a mikroba által szekretált enzim bejut az ellenséges baktériumokba és pontmutációkat okoz a DNS-en, működésképtelenné téve a sejtet.
Mougous tisztában volt vele, hogy Liu korábban kidolgozott egy új CRISPR-technikát, amellyel a sejtmagi DNS átvágása nélkül változtatható meg a genetikai kód egy-egy betűje. Ez a bázisszerkesztésnek nevezett metódus a remények szerint szintén számos genetikai probléma orvoslására jó lehet. A kérdéses bakteriális enzim minden jel szerint nagyon hasonlóan működött Liu módszeréhez: a G–C nukleotidpárt T–A-ra változtatta a DNS-en, mindenféle vezető RNS nélkül.
Utóbbi azért volt lényeges, mert a CRISPR esetében pontosan a vezető RNS volt az, ami miatt a komplex nem tudott belépni a mitokondriumba. Ahhoz persze, hogy a toxin használható legyen génszerkesztésre, először is kevésbé toxikussá kellett tenni, hiszen az enzim alapesetben megöli a célba vett sejtet. Az ártalmatlanítást Beverly Mok, Liu doktorandusza valósította meg: kettévágta az enzimet, az így nyert, ártalmatlan részeket pedig olyan fehérjékhez kapcsolta, amelyek a mitokondriális genom specifikus régióit ismerik fel. A helyszínre érve aztán a két enzimfél ismét összeáll, és az újra működő enzim helyben, a szervecske más részeit békén hagyva változtatja meg a DNS-t.
Ahogy Liu első CRISPR-bázisszerkesztője esetében történt, egyelőre az új módszer hatásfoka is mérsékelt. Amikor a kutatók az emberi mitokondrium 5 génjét célozták meg vele, durván 20–40 százalékban módosította a célpontokat 3–6 nap leforgása alatt. Innentől azonban vélhetően csak némi finomhangolás kérdése eljutni a 80 százalékig, vagy még tovább, mondják a szakértők.
A módszert először olyan egereken tesztelik majd, amelyek emberi mitokondriális betegségeket hordoznak, például a MELAS nevű szindrómát, amely egyetlen pontmutáció (egy guanin helyett adenin szerepel a genomban) miatt gyermekkori sztrókot okoz. Ezt a problémát laborban tenyésztett sejtekben más sikerült javítani az új technikával. Ahhoz persze, hogy a megoldás élő szervezetekben is működhessen, még nagyon sok problémát kell leküzdeni. És a hasonló módszerek valószínűleg egy sor betegség esetében csak nagyon fiatal korban lesznek hatásosan alkalmazhatók, mivel a mitokondriális betegségek okozta idegrendszeri és izomproblémák gyakran visszafordíthatatlanok.
