Co przyniesie nauce poprawianie ludzkiego genomu

Wiele ludzkich embrionów obumiera w ciągu kilku pierwszych dni od poczęcia. Taka naturalna selekcja zapewne wywołana jest wadami genetycznymi. Jest to mechanizm zabezpieczający przed degeneracją i akumulacją mutacji genetycznych. Zgodnie z zasadami ewolucji, sformułowanymi przez Karola Darwina ponad 150 lat temu, przeżywają tylko osobniki najlepiej przystosowane. A dla ludzkich zarodków naturalnym środowiskiem, do którego muszą się przystosować, są najpierw jajowód, a następnie macica matki. Jednak nauka wie bardzo niewiele o rzeczywistych przyczynach tych wczesnych poronień. Powód jest oczywisty: bardzo mała liczba rzetelnych badań, gdyż z powodów etycznych niezwykle trudno jest eksperymentować na zarodkach ludzkich. Większość informacji pochodzi z obserwacji zarodków uzyskanych przez zapłodnienie in vitro i z ekstrapolacji wyników uzyskanych na zwierzętach. Jednak te pierwsze nie mają kontaktu z organizmem matki, a różnice w rozwoju myszy, owcy czy małpy i człowieka są ogromne, podobieństwa zaś mogą być bardzo złudne. Bez zbadania genetycznych podstaw rozwoju wczesnych zarodków ludzkich nie da się stwierdzić przyczyn ich obumierania, a co dopiero mówić o usuwaniu przyczyn tych wad. Przełomowa decyzja HFEA O wiele mniej etycznych oporów mają naukowcy w krajach Dalekiego Wschodu, takich jak Japonia, Korea Południowa, Chiny kontynentalne czy Tajwan. Od kiedy technologie nowoczesnych badań genetycznych stały się dostępne dla wszystkich, właśnie tam prowadzi się najwięcej badań na zarodkach ludzkich. Brytyjska Human Fertilisation and Embryology Authority (HFEA) to publiczna komisja niezależna od ministerstwa zdrowia, a nadzorująca wszelkie działania lecznicze i prokreacyjne dotyczące ludzkiego rozmnażania, jak zapłodnienie in vitro, sztuczna inseminacja, badania nad zarodkami ludzkimi i płodnością czy uzyskiwanie i przechowywanie ludzkich komórek jajowych i plemników. Jej decyzja o zezwoleniu na badania, polegające na usuwaniu z wczesnych ludzkich zarodków pewnych genów, podyktowana była koniecznością aktywnej konkurencji z naukowcami chińskimi. Chińczycy bowiem już w zeszłym roku donieśli, że po raz pierwszy udało im się zmodyfikować genom ludzkich zarodków, usuwając z nich wybrane geny. Pozostawienie Chińczykom wolnego pola działania pozbawiłoby bardzo szybko Zachód możliwości opanowania metod, które w przyszłości staną się podstawą leczenia chorób genetycznych. Wielka Brytania jest w światowej czołówce badań genetycznych i prokreacyjnych. Posiada również najstarszy i dobrze funkcjonujący system etycznej kontroli takich badań. Nie bez znaczenia jest też fakt, że Wielka Brytania to kraj protestancki. Nie paraliżuje go więc katolicka etyka programowo powstrzymująca postęp badań genetycznych człowieka pod pretekstem rzekomej świętości ludzkiego życia od momentu poczęcia. Decyzja HFEA z początku lutego dotyczy badań polegających na usuwaniu z wczesnych zarodków ludzkich genu OCT4 (noszącego również nazwę POU5F1). To jeden z najważniejszych genów kierujących rozwojem zarodkowym. Wiadomo to z badań nie tylko ssaków (głównie myszy), ale również niższych kręgowców, jak płazy i ryby. Białko kodowane przez gen OCT4 łączy się z DNA i decyduje o włączaniu lub wyłączaniu innych genów biorących udział w prawidłowym rozwoju zarodka. Wyłączenie tego genu u myszy powoduje, że tworzą się tylko pozazarodkowe struktury, takie jak błony płodowe, a sam właściwy zarodek, z którego normalnie rozwija się płód, w ogóle nie jest w stanie się uformować. Gen OCT4 jest aktywny w zarodkowych komórkach macierzystych. Sztucznie wywołany jego brak, lub zbyt mała aktywność, zmusza te komórki do przyśpieszonego różnicowania się właśnie w tkanki pozazarodkowe. To zaś likwiduje najważniejszą cechę tych komórek, czyli zdolność do stopniowego różnicowania się we wszystkie typy komórek organizmu. Nukleaza Cas9 Możliwość usuwania genów z zarodków daje niedawno opisana metoda manipulacji genetycznych zwana CRISPR/Cas9. Polega ona na wprowadzeniu do komórki niewielkiego fragmentu kwasu rybonukleinowego RNA o specjalnie zaprogramowanej sekwencji nukleotydów i pochodzącego z bakterii enzymu tnącego DNA o nazwie nukleaza Cas9. Owo RNA działa jak przewodnik dla Cas9 i doprowadza ten enzym do wybranego genu. Cas9 przecina DNA w wybranych przez naukowców miejscach zakodowanych w przewodnikowym RNA, usuwając wyłącznie wybrany gen. Następnie oba końce przeciętej nici DNA łączą się ze sobą, a genom komórki nie zawiera już wówczas usuniętego genu. Tego typu zabiegi wykonuje się dziś na różnego rodzaju komórkach w tysiącach laboratoriów na świecie. Wyzwaniem jest natomiast zastosowanie tej metody do usuwania genów z pojedynczych zarodków. W rutynowych doświadczeniach naukowcy mają do dyspozycji miliony komórek hodowanych w pożywce. Wystarczy, że usuną gen w jednej z nich, a następnie wyselekcjonują ją i namnożą, i już dysponują genetycznie zmodyfikowaną kolonią, którą można dalej powielać w hodowli in vitro. W przypadku zarodków trzeba dokonać tego zabiegu z taką samą precyzją na jednej czy tylko kilku zapłodnionych komórkach jajowych. Tam miliony komórek, które można szybko namnożyć w laboratorium, tu pojedyncze zarodki, których wszystkie komórki muszą być pozbawione wybranego genu – w przypadku autoryzowanego przez HFEA doświadczenia, genu OCT4. Potęga metody CRISPR/Cas9 polega na tym, że jest ona praktycznie niezawodna. Usuwanie wybranych genów przy jej użyciu jest niezwykle precyzyjne. Już dziś można pobrać od pacjenta komórki zawierające zidentyfikowane mutacje genetyczne, np. limfocyty krwi, usunąć za pomocą nukleazy Cas9 wadliwe geny, namnożyć tak zmodyfikowane komórki pacjenta w laboratorium i przeszczepić je z powrotem do jego krwiobiegu, dostarczając tym sposobem zdrowych limfocytów mogących zastąpić chore, obarczone mutacją. Usunąć i włączyć Stosując tę metodę u jednokomórkowych zarodków (trzeba oczywiście wiedzieć, jaką mutacją są one obarczone), można będzie wyleczyć pacjenta jeszcze przed jego urodzeniem. Wszystkie jego komórki będą bowiem pozbawione zmutowanego genu. Gen ten będzie nieobecny również w jego komórkach rozrodczych, a więc nie będzie go miało także jego potomstwo w następnych pokoleniach. Tu właśnie tkwi siła modyfikowania ge