O postępach i zagrożeniach inżynierii genetycznej

Marcin Rotkiewicz: – Kiedy narodziła się inżynieria genetyczna? Prof. Piotr Węgleński: – Na początku lat 70. ubiegłego wieku. Jedną z kluczowych postaci dla tej gałęzi nauki był amerykański biochemik Paul Berg, który za swoje dokonania otrzymał w 1980 r. Nagrodę Nobla. Osiem lat wcześniej jego zespół uzyskał pierwszą zmodyfikowaną metodami inżynierii genetycznej cząsteczkę DNA. Na czym polegała ta modyfikacja? Na wprowadzeniu do materiału genetycznego bakterii Escherichia coli genów pochodzących od onkogenicznego, czyli wywołującego nowotwory, wirusa. Dwa lata później inni naukowcy z USA, Rudolf Jaenisch i Beatrice Mintz, uzyskali pierwsze zmodyfikowane genetycznie zwierzę – laboratoryjną mysz. Eksperymenty te dowodziły, że mamy w ręku skuteczne narzędzia pozwalające manipulować DNA i przekładać geny z jednych organizmów do drugich, co niemal natychmiast zrodziło ogromne obawy wśród uczonych. Dlatego w 1975 r. Paul Berg zwołał w Asilomar w Kalifornii konferencję poświęconą konsekwencjom inżynierii genetycznej. Skąd te lęki? Berg przeszczepił geny wirusa nerki małpiej do bakterii, którą każdy z nas ma w swoim przewodzie pokarmowym. Wobec tego można było wyobrazić sobie taki oto czarny scenariusz: bakteria wydostaje się z laboratorium, a rak staje się chorobą zakaźną. Dlatego sami uczeni bardzo szybko ogłosili moratorium na tego typu doświadczenia z użyciem metod inżynierii genetycznej. Jego inicjatorem był również Paul Berg, który zaapelował, by na razie nic nie robić w tej dziedzinie. Da to czas na zastanowienie się, jakie są potencjalne niebezpieczeństwa i korzyści. Pan uczestniczył w konferencji w Asilomar. Tak, razem z prof. Wacławem Gajewskim znaleźliśmy się, jako jedyni Polacy, w gronie ok. 150 naukowców, lekarzy i etyków z całego świata. Liczebnie dominowali na tym spotkaniu Amerykanie. O czym dokładnie dyskutowano? Przez kilka dni roztrząsaliśmy wszelkie możliwe scenariusze: co się może stać złego i dobrego dzięki metodom inżynierii genetycznej? Wśród uczonych wyczuwalny był lęk, że oto otwieramy puszkę Pandory, z której nie wiadomo co wyjdzie. A jeśli będziemy mogli modyfikować wszystko, to w pewnym momencie zaczniemy modyfikować również człowieka. Jednak obawy głównie dotyczyły zastosowań inżynierii genetycznej w celach militarnych, np. w postaci broni z super­zjadliwych wirusów czy bakterii. Dużą rolę odegrał w tych dyskusjach James Watson, laureat Nagrody Nobla i współodkrywca – w 1953 r. – struktury cząsteczki DNA, czyli słynnej podwójnej helisy. Mówił zebranym, że jest doradcą rządu USA do spraw broni biologicznej i gdyby miał prawo zdradzić, co znajduje się w magazynach wojskowych, to uczeni nie przejmowaliby się wydumanymi niebezpieczeństwami inżynierii genetycznej. „Mamy tyle różnego rodzaju świństw, że każdego człowieka na tej planecie można by za ich pomocą zabić na osiem różnych sposobów jednocześnie. Rosjanie posiadają to samo albo i dwa razy więcej” – przekonywał. Do jakich wniosków doszli uczestnicy konferencji? Ustalono, że doświadczenia polegające na modyfikacji DNA za pomocą metod inżynierii genetycznej mogą być prowadzone z zachowaniem odpowiednich środków ostrożności. Wprowadzono trzy klasy zabezpieczeń laboratoriów, zależne od tego, jakiego rodzaju eksperymenty są prowadzone. Jeżeli np. ktoś pracuje nad genami wirusa HIV, to musi to robić w trzeciej, najwyższej klasie zabezpieczeń. Jeżeli zaś ktoś eksperymentuje z bakteriami, do których wprowadzono gen odpowiadający za produkcję ludzkiej insuliny, to wystarczy pierwsza klasa. Czyli, praktycznie rzecz biorąc, normalne laboratorium biologiczne, bo ani bakteria, ani gen insuliny nie stanowią zagrożenia. Dziś wszystkie kraje, gdzie nauka jest rozwinięta, stosują się do tych zasad. Natomiast proste doświadczenia z inżynierii genetycznej, np. we Francji, wykonują już uczniowie w szkołach średnich, a w Polsce studenci biologii na wszystkich uniwersytetach. Polegają one np. na wprowadzaniu do bakterii genu np. pochodzącego od robaczka świętojańskiego. I dzięki temu hodowla bakterii pięknie świeci. Czy na początku lat 70., kiedy ogłoszono wyniki eksperymentów Berga z bakterią i wirusem, biolodzy byli zaskoczeni? Myślę, że środowisko naukowe spodziewało się tego. Nikt nie wiedział tylko, kiedy dokładnie przełom nastąpi, ale wszystko ku temu zmierzało. Spróbujmy podsumować, jak inżynieria genetyczna zmieniła się w ciągu ponad czterech dekad, które upłynęły od czasu eksperymentu Berga i co dzisiaj potrafią robić biolodzy molekularni. Czy np. można wyizolować z każdego żywego organizmu lub wirusa dowolny gen? Tak, w tej chwili jest to możliwe. A czy możliwa jest modyfikacja genetyczna dowolnych organizmów? Tak, choć są obiekty łatwiejsze do badania i trudniejsze. Stąd mamy tzw. modelowe rośliny i zwierzęta. Najczęściej używana w eksperymentach roślina to Arabidopsis thaliana, czyli rzodkiewnik pospolity. Zaś wśród zwierząt świetnym obiektem badań jest rybka danio pręgowany. Ma ona stosunkowo mało genów, znamy funkcje większości z nich i łatwo daje się modyfikować jej DNA. Oczywiście, częstym obiektem badań pozostaje też laboratoryjna mysz. Czy genetycy potrafią dziś precyzyjnie, w określone miejsce DNA, wprowadzić jakiś nowy gen – np. pobrany z bakterii umieścić w roślinie? Odpowiedź na to pytanie jest trochę złożona. Transgeneza, czyli przenoszenie genu z jednego organizmu do drugiego, odbywa się w sposób pośredni, czyli za pomocą tzw. wektorów będących niewielkimi cząsteczkami DNA. Świetnie do pełnienia roli wektorów nadają się więc wirusy. Stosuje się także tzw. plazmidy, czyli niewielkie koliste cząsteczki DNA występujące u bakterii. I właśnie w konkretne miejsce takiego plazmidowego lub wirusowego wektora włącza się, metodami inżynierii genetycznej, określony gen. Następnie ów zmodyfikowany wirus lub plazmid zostaje wprowadzony do komórki zwierzęcia czy rośliny. Wówczas jednak nie zawsze wiadomo, gdzie dokładnie ów przenoszony przez wektor gen się wbuduje. Oczywiście możemy wzmocnić to prawdopodobieństwo pożądanej lokalizacji, jeśli znamy sekwencję DNA w chromosomach biorcy genu. Można bowiem wtedy tak „obudować” przeszczepiany gen odpowiednimi fragmentami DNA pasującymi do materiału genetycznego biorcy, że wmontuje się on w określone miejsce. Dlaczego umiemy precyzyjnie zmodyfikować wirusa lub plazmid, a nie potrafimy DNA w komórce? Bo wektory są małymi cząsteczkami DNA, zawierającymi zaledwie kilka tysięcy nukleotydów (podstawowych jednostek, z których zbudowane jest DNA). Możemy je łatwo pociąć tzw. enzymami restrykcyjnymi i wstawić w odpowiednie miejsce obcy gen. Dlatego używamy wektorów wirusowych i plazmidowych, które dostarczają do komórki gen, a on dalej sam już „szuka” odpowiedniego miejsca w DNA biorcy. Wspomniał pan o enzymach restrykcyjnych. Czy to jedno z najważniejszych narzędzi inżynierów genetycznych? Z pewnością tak. Enzymy restrykcyjne, których jest kilka tysięcy, potrafią rozpoznawać bardzo krótkie, określone sekwencje DNA. Dzięki nim możemy pociąć DNA zawsze na tę samą liczbę fragmentów. Inne narzędzie stosowane powszechnie przez inżynierów genetycznych to technika PCR (czyli łańcuchowa reakcja polimerazy), umożliwiająca powielanie kawałków DNA, np. genów. Robi się to po to, by gen lub jakiś fragment DNA zsekwencjonować (czyli poznać układ nukleotydów tworzących cząsteczkę kwasu deoksyrybonukleinowego) albo włączyć go w większej ilości do wektorów, za pomocą których dokonuje się modyfikacji genetycznej. Dlatego m.in. możliwa jest na dużą skalę modyfikacja roślin stosowanych w rolnictwie. W mediach można przeczytać o stosowaniu przez biologów molekularnych tzw. strzelby genowej, co brzmi groźnie. Co to takiego? To jedna z metod dostarczania genów do wnętrza komórki biorcy. Jej nazwa wzięła się stąd, że cząsteczki DNA miesza się z cząsteczkami metali ciężkich, np. wolframu lub złota, i wstrzeliwuje pod ciśnieniem do wnętrza komórki. W jakich obszarach inżynierii genetycznej dokonuje się dziś największy postęp? Jesteśmy obecnie świadkami niesłychanie szybkiego rozwoju technologii sekwencjonowania DNA. W 2002 r. po raz pierwszy zsekwencjonowano genom człowieka. Kilka lat temu udało się z kolei poznać dokładną budowę DNA wymarłego ok. 30 tys. lat temu naszego kuzyna, neandertalczyka. Dzięki temu mogliśmy porównać jego genom z naszym. To zaś sprawia, że dowiadujemy się naprawdę fantastycznych rzeczy na temat własnego gatunku i jego historii, np. o różnicach genetycznych pomiędzy grupami etnicznymi. Niektórych ludzi o konserwatywnych poglądach mocno to niepokoi. Słyszałem, jak kiedyś Tadeusz Rydzyk na jakimś wiecu przed Sejmem mówił: „Do czego to dochodzi: dziś aborcja, jutro eutanazja, a pojutrze może nawet inżynieria genetyczna”. Ten postęp inżynierii genetycznej nie dotyczy jednak jakichś nowych koncepcji teoretycznych, tylko polega na znacznie szybszym krojeniu, łączeniu i sekwencjonowaniu DNA. I coraz tańszym. Dziś dąży się do tego, żeby koszt zsekwencjonowania genomu konkretnego człowieka wyniósł około tysiąca dolarów, bo w tej chwili kosztuje jakieś 10 tys. To i tak bardzo mało w porównaniu z sumami, które wydawano dekadę temu. Projekt Poznania Ludzkiego Genomu, który zakończył się w 2002 r., kosztował prawie 3 mld dol. Być może już za kilka lat każdy człowiek będzie mógł zlecić odczytanie swojego genomu nawet za sto dolarów. Po co? Żeby pokazać swojemu lekarzowi, bo dzięki temu będziemy mogli dowiedzieć się, co nam grozi – np. cukrzyca, schizofrenia czy jakieś predyspozycje do zapadnięcia na chorobę nowotworową. To będzie początkiem spersonalizowanej medycyny, gdzie pacjent otrzyma informację o cechach odziedziczonych po rodzicach oraz dalszych przodkach i będzie dzięki temu stosował odpowiednie metody profilaktyczne. Wróćmy do wypowiedzi o. Rydzyka. On pewnie boi się modyfikowania genetycznego ludzi, ale w sensie ulepszania gatunku czy poszczególnych osobników. Tymczasem to, co na razie rzeczywiście dzieje się w kwestii poprawiania DNA człowieka, to próby leczenia ciężkich chorób, czyli terapie genowe. Rzeczywiście, w przypadku ludzi na razie modyfikujemy ich komórki somatyczne [wszystkie komórki ciała poza rozrodczymi – przyp. red.]; tzn. jeśli ktoś np. traci wzrok ze względu na brak jakiegoś genu, który funkcjonuje w komórkach siatkówki oka, to wstawiamy mu właściwy gen, ale tylko do komórek oka. Jeśli nie produkuje jakiegoś białka, bo ma zmutowany gen, to mu wstawiamy prawidłowy gen do odpowiedniej tkanki. Robi się tak na razie bardzo rzadko, bo to eksperymentalna metoda leczenia. Na razie odnotowano jedynie pewne jej sukcesy u dzieci z ciężkim