Naukowcy UJ opracowali superczułą metodę wykrywającą uszkodzenia DNA

SensiTive Recognition of Individual DNA Ends (STRIDE) to opracowana przez naukowców z UJ metoda, która w zamyśle twórców ma być nie tylko swoistym "papierkiem lakmusowym" pozwalającym wskazywać uszkodzenia w łańcuchu DNA, ale także precyzyjnie określać miejsce, w którym doszło do pęknięcia w kodzie genetycznym. 

Twórcami wynalazku są: prof. Jerzy Dobrucki, dr Magdalena Kordon, dr Mirosław Zarębski oraz dr Kamil Solarczyk z Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ. Rozwijaniem metody i jej komercjalizacją ma zajmować się powołana przez naukowców spółka intoDNA. Wynalazek obecnie jest w trakcie procedury patentowej. W tym procesie spółkę wspierało CTT CITTRU UJ.

Gdzie to uszkodzenie?

- Głównym obiektem naszych badań naukowych, które prowadzimy w Zakładzie Biofizyki Komórki UJ, jest badanie mechanizmów naprawy uszkodzeń DNA w komórkach ludzkich. Przez lata badaliśmy różne aspekty naprawy i różne typy uszkodzeń. Problem polegał na tym, że za każdym razem, kiedy usiłowaliśmy określić wzajemną lokalizację pęknięcia DNA i kompleksu naprawczego, pojawiało się pytanie - widzimy białko naprawcze, czyli znak, że coś tam się dzieje, ale gdzie to uszkodzenie naprawdę jest zlokalizowane? - opowiada dr Magdalena Kordon.

- Jeszcze do niedawna na rynku nie było dostępnego narzędzia, które nadawałoby się do bezpośredniego wyznakowania pojedynczych uszkodzeń DNA. Istniały metody, które w teorii miały to robić, ale de facto nadawały się jedynie do detekcji bardzo dużej liczby uszkodzeń w komórce, rzędu setek, nawet tysięcy. Były to zatem metody o bardzo niskiej czułości, których nie dało się zastosować do naszych badań - wyjaśnia badaczka.

- W momencie, kiedy chcieliśmy wywoływać i badać uszkodzenia chromatyny, które występują naturalnie w komórkach, to istniejące metody okazywały się niewystarczające. Nadawały się one jedynie do badania procesów występujących podczas bardzo silnego uszkodzenia, często wystarczającego do wywołania śmierci komórki. Nam chodziło o badanie uszkodzeń powstających i naprawianych podczas zwykłego życia komórki - uzupełnia prof. Jerzy Dobrucki.

Dzięki metodzie STRIDE możliwe stało się bezpośrednie wykrywanie pojedynczych uszkodzeń DNA - pęknięć w materiale genetycznym.

W czym pomoże STRIDE? 

Jak wyjaśnia prof. Dobrucki: - DNA pęka w sposób spontaniczny w każdej komórce naszego ciała. Wszystko jest w porządku, jeśli są to uszkodzenia naprawialne. Jest jednak szereg sytuacji i tkanek, w których nie zachodzą procesy naprawcze. Wtedy pęknięcie DNA jest przyczyną choroby lub jakiejś zmiany. Metoda STRIDE ma więc potencjał metody diagnostycznej, chociaż w innym pojęciu niż to się potocznie określa - wykrywa uszkodzenie DNA, które samo w sobie nie jest chorobą.

Naukowcy prowadzą obecnie szereg badań pilotażowych związanych m.in. z dostosowaniem metody STRIDE do różnych typów materiału biologicznego. Odkrywają kolejne zastosowania tej metody i, co równie ważne z punktu widzenia prowadzonej przez nich spółki intoDNA, wstępnie wytypowali dziedziny, w których metoda ma największe szanse na zastosowanie komercyjne. Najciekawsze i najbardziej obiecujące wydają się rynki diagnostyki niepłodności oraz rynek powiązany z rozwojem specyficznej grupy leków przeciwnowotworowych.

Niepłodność u mężczyzn jest mocno skorelowana ze stopniem fragmentacji DNA zgromadzonym w nasieniu. Co więcej, nasienie jest materiałem, w którym procesy naprawy nie zachodzą. Abstrahując od potencjału zapłodnieniowego komórek, a mówiąc jedynie w kontekście rozwijania się płodu i zakończonej sukcesem ciąży, uważa się obecnie, że bardzo dużo zależy w tym aspekcie od jakości materiału genetycznego dostarczonego do komórki jajowej i integralności jego DNA.

STRIDE ma też zastosowanie w badaniach prowadzonych przy użyciu CRISPR/Cas9 - nowej, szybkiej metody precyzyjnego modyfikowania DNA. Za pomocą STRIDE można zbadać wydajność enzymów, które używane są do edytowania DNA, można lepiej zobaczyć, czy skutecznie przecięły one nić DNA.

Prof. Dobrucki wyjaśnia: - W zwykłej sytuacji nić DNA ma tylko dwa końce naturalne. Gdy nić ta pęknie lub gdy ją celowo przetniemy podczas redagowania genomu, powstają dwa dodatkowe, wolne końce nici. Metoda STRIDE umożliwia detekcję obecności tych końcówek, wykrywa powstałe dodatkowe zakończenia.

- CRISPR/Cas9 pozwala znaleźć konkretne miejsce w genomie, wyciąć jego fragment i wstawić w to miejsce inny fragment. Dzięki naszej metodzie będzie można stwierdzić, nie tylko czy zaszło przecięcie, ale także w którym miejscu w jądrze komórkowym do niego doszło.  Dotąd nie było metody, która mogłaby to pokazać. Można było jedynie czekać na skutki tego przecięcia, które sygnalizowały, że redagowanie się udało. Teraz od razu będziemy wiedzieli, czy udało się przeciąć nić DNA - precyzuje prof. Dobrucki.

- Dotychczasowe metody pozwalały zobaczyć, z jakim powodzeniem zostało wykonane redagowanie, natomiast były to metody oparte na sekwencjonowaniu - bardzo kosztowne i bardzo czasochłonne. Trzeba było czekać co najmniej kilka dni na uzyskanie potwierdzenia, że konkretna mutacja została wprowadzona w konkretnym miejscu. Poza tym, samo sekwencjonowanie nie jest metodą do końca idealną. Dla celów szybkiej kontroli wydajności działania układu nasza technologia w zakresie np. optymalizacji warunków czy sprawnego wprowadzania modyfikacji w układzie stosowanym do edycji genomu jest bardzo przydatna - uzupełnia dr Magdalena Kordon.

Innowacja i przewaga 

Na rynku istnieją metody wykrywania uszkodzeń DNA, ale nie dorównują one swoją czułością metodzie opracowanej przez naukowców z UJ - muszą wykryć wiele uszkodzeń, aby zasygnalizować problem z integralnością DNA komórki.W przeciwieństwie do nichmetoda STRIDE jest w stanie wykryć pojedyncze pęknięcie w DNA.

Większość metod, które istniały wcześniej na rynku to metody bazujące na barwieniu immunofluorescencyjnym. Otrzymywane za ich pomocą wyniki dostarczają wielu sygnałów, przy czym wcale nie muszą one świadczyć o występowaniu uszkodzenia DNA w miejscu, w którym te sygnały się pojawiają. Metoda rozwijana przez intoDNA oparta jest o rozwiązanie, które pozwala uzyskać sygnał fluorescencyjny dokładnie w miejscu pojawienia się pęknięcia. Jeżeli nie ma sygnału - nie ma też pęknięcia. Jest to jednoznaczne - tłumaczą wynalazcy.

- Wpaść na pomysł to jedno, ale potem następuje bardzo długa droga do tego, aby rzeczywiście zaczął on działać i mógł zostać zastosowany w konkretnych projektach. Ważne jest także to, by przekonać samego siebie, że wynalazek działa w sposób, w jakim został zaplanowany oraz zrozumieć, co właściwie obserwujemy - mówi dr Kordon.

- Okazało się jednak, że mieliśmy pomysł na tyle dobrze zaplanowany i przemyślany, że zadziałał od pierwszego momentu zastosowania tej metody - podkreślają naukowcy z intoDNA.

Badacze podkreślają, że ostatni rok był dla nich czasem bardzo intensywnie prowadzonych eksperymentów, po zakończeniu których zgłosili wynalazek do CTT CITTRU. W chwili, gdy okazało się, że nowa metoda rzeczywiście działa i jest innowacyjna, pojawiła się idea jej opatentowania.

Jak ułatwić naukowcowi zostanie przedsiębiorcą

W wyniku przeprowadzonej przez CTT CITTRU procedury obejmującej m.in. wstępną analizę patentową, dokonane zostało zgłoszenie patentowe do Światowej Organizacji Własności Intelektualnej WIPO (World Intellectual Property Organization). Jest to zgłoszenie międzynarodowe w trybie PCT, które daje czas na rozpoznanie potencjału biznesowego, m.in. pozwala ocenić, w jakich krajach warto chronić wynalazek, gdzie zlokalizowane są kluczowe rynki.

Jak było to już wzmiankowane, twórcy wynalazku założyli spółkę pod nazwą intoDNA, której celem jest kontynuowanie prac nad rozwojem wynalazku i jego komercjalizacja. 

Warta podkreślenia jest dotychczasowa, nietypowa droga do komercjalizacji tego wynalazku, która wiodła poprzez udział naukowców w programie akceleracyjnym w Wielkiej Brytanii. Udział naszych badaczy w The Biocity Business Accelerator Programme miał za zadanie przekonanie potencjalnych inwestorów do zainwestowania w spółkę.

Naukowcy zostali poproszeni przez prowadzących program akceleracyjny o przedstawienie tzw. pitch decka, czyli prezentacji, która miała pokazać wizję założycieli, sposób w jaki tę wizję mają zamiar zrealizować, opowiedzieć o biznesplanie, potencjalnych rynkach, o problemach, jakie chcą rozwiązywać i przekonać inwestora, że pomysł na biznes jest warty zaangażowania pieniędzy. 

Prowadzący akcelerator - osoby z dużym doświadczeniem w tworzeniu i rozwijaniu -upów, wybierają do udziału w programie najbardziej obiecujące ich zdaniem pomysły, zatem już sam udział w nim jest wyróżnieniem. Tym większym sukcesem jest więc fakt, że spółka intoDNA została uznana za najbardziej atrakcyjną z perspektywy inwestycyjnej firmę uczestniczącą w programie. Co więcej, jest pierwszą firmą z Polski, która w nim uczestniczyła i jedną z nielicznych spoza Wielkiej Brytanii.

- W tym momencie przeszliśmy do dalszej części programu akceleracyjnego. Na obecnym etapie udział polega już bardziej na coachingu - przygotowywaniu się do rundy finansowania, w której rozważa się finansowanie w kwocie w granicach 1 miliona funtów. Cały czas udoskonalamy wynalazek, pozyskujemy nowych klientów, pracujemy jednocześnie nad dostosowaniem naszego wynalazku do rynku diagnostyki niepłodności. Najbliższe miesiące poświęcimy na przeprowadzenie pilotażowych eksperymentów medycznych na materiale od pacjentów. Trwają rozmowy z konkretnymi klinikami na temat współpracy. Odbywa się to na zasadzie R&D (Research and Development), czyli rozwijania technologii pod kątem konkretnego rynku, konkretnej usługi, która ma być oferowana w przyszłości.

W przygotowaniu jest także publikacja naukowa, która ukaże się w przeciągu nadchodzących miesięcy. 

Fot. materiały prasowe UJ