En knockout!

Årets Nobelpris i medicin eller fysiologi går till Mario R. Capecchi, Martin J. Evans och Oliver Smithies för att de upptäckt hur man med hjälp av embryonala stamceller kan skapa bestående och exakta förändringar i arvsmassan hos möss. Mössen är kända som knockoutmöss, eftersom en typ av förändring kan vara att en viss gen släcks ut, som en boxare av en knockout.

Med hjälp av de genetiskt förändrade mössen har forskarna kunnat göra verklighetstrogna modeller av mänskliga sjukdomar. Till dags dato finns mer än fem hundra olika sorters förändrade möss, med tillstånd som avspeglar exempelvis mänsklig åderförkalkning, diabetes, cancer och schizofreni.

Provrör med svans

Den nu belönade tekniken skiljer sig från så kallade transgena möss. Även hos dem är gener förändrade, men skillnaden är att det med den tekniken inte går att rikta förändringarna. Förändrat DNA förs då in i celler med virus och hamnar därför här och var i arvsmassan.

Är det då etiskt försvarbart att skapa sjuka modellmöss för att vi ska få fram mediciner mot sjukdomar? Ett argument för är att det med hjälp av denna typ av riktat förändrade möss går att få fram bättre sjukdomsmodeller, något som gör att det krävs färre försöksdjur för att få resultat.

Ett exempel är modeller för att studera cancer. Möss drabbas normalt inte på samma vis som människor, men nu kan man slå ut gener som motverkar att tumörer bildas, såsom p53. Då går det att följa sjukdomens framfart och exempelvis se vilken behandling som är mest effektiv beroende på i vilket stadium sjukdomen upptäcks.

En viss gen förändras…

Vår arvsmassa är förpackad i cellkärnan, där DNA-strängen är insorterad i 23 par kromosomer. När cellen delar sig kan kromosompar byta genetisk information med varandra, så kallad homolog rekombination.

Processen var tidigare känd hos bakterier, men både Mario Capecchi och Oliver Smithies trodde att denna typ av genetiskt utbyte även borde kunna användas för att på ett riktat vis föra in önskade förändringar i däggdjursceller.

Båda visade att sådan homolog rekombination i däggdjursceller förekommer. Oliver Smithies försökte reparera skador i mänskliga blodceller och såg att den gen som utgör mall för globindelen i blodproteinet hemoglobin kan förändras med hjälp av homolog rekombination. Oväntat nog skedde förändringen oavsett om genen var påslagen eller vilande – något som tydde på att det vid varje tidpunkt går att påverka vilken gen som helst.

Mario Capecchi kom då på idén att tekniken inte enbart kan användas för att korrigera gener, utan också för att stänga av gener.

…och kan bevaras

Haken var att de celltyper som de båda forskarna nu kunde förändra inte gav upphov till könsceller. Och utan könsceller är det omöjligt att skapa ärftliga förändringar, och i förlängningen genetiskt förändrade möss.

Här kom Martin Evans forskningsresultat in i bilden. Han hade funnit att det går att odla fram kulturer av celler med intakta kromosomer från musembryon.

Dessa celler är i dag kända som embryonala stamceller, ES-celler, som kan utvecklas till alla de cellslag som bygger upp kroppen. Om det gick att föra in den förändrade genen i ES-celler innan de börjar differentieras, borde förändringen kunna hamna i alla de celler som bygger upp en organism.

För att undersöka detta injicerade Martin Evans virus-DNA i tidiga musembryon, så kallade blastocyster, som sedan sattes in i en surrogatmamma. När ungarna föddes gick det att i arvsmassan hos vissa av dem återfinna virus-DNA – ett bevis för att införd arvsmassa förts vidare.

Dags att kombinera resultaten

Martin Evans publicerade sina resultat år 1986, och därmed fanns alla pusselbitar för att kunna göra riktade genetiska förändringar i möss. Martin Evans stod till tjänst med ES-celler, och Oliver Smithies och Mario Capecchi valde att skapa riktade förändringar i en gen kallad hprt-genen. Den utgör mall för ett enzym kallat hypoxantin-guanin-fosforibosyltransferas. Denna gen valdes för att det var lätt att se om förändringen hade lyckats.

Resultaten som beskrev de första genetiskt förändrade mössen publicerades år 1989.

Tekniken har sedan dess förfinats och används i dag inom nästan all biomedicinsk forskning. Totalt har 10 000 olika gener förändrats, nästan hälften av de knappt 23 000 gener som är kända hos oss.

Förändringarna behöver inte alltid handla om att gener slås ut, gener kan även slås på eller modifieras på något mer subtilt vis.

Tekniken går nu att styra så att den insatta genen bara slås av eller på i vissa vävnader, exempelvis i blodkärl eller i nervsystemet. Man kan också bestämma när under utvecklingen som en viss gen ska vara aktiv eller ej.

Förändrade möss som har fått en mänsklig variant av en gen infogad gör det också smidigare att testa nya läkemedel. Ett exempel är den för depressionssjukdomar viktiga mottagarmolekylen för signalämnet serotonin. Vår variant skiljer sig från motsvarande mottagare hos både möss och råttor. Tidigare har man därför fått studera hur nya läkemedelsmolekyler fungerar på marsvin, vars mottagare liknar våra. Problemet är att man då inte vet hur man ska tolka resultaten, eftersom vi inte kan lika mycket om marsvins beteende som om råttors och möss.

Med en genetiskt förändrad mus går det nu att prova ut nya medel mot depression, en sjukdom som någon gång i livet drabbar var fjärde man och varannan kvinna.