Czy będzie wolno ciąć geny?

Wyrok na cięcie genów
Naukowcy uzyskali świetne narzędzie genetyczne do hodowli roślin. Od europejskich prawników i polityków zależy, czy będzie można je wykorzystać.
Za pomocą CRISPR da się zmodyfikować fragment DNA, czyli uszkodzić jakiś gen, tym samym go wyłączając, albo zmienić w inny wariant.
Alfred Pasieka/Science Photo Library/EAST NEWS

Za pomocą CRISPR da się zmodyfikować fragment DNA, czyli uszkodzić jakiś gen, tym samym go wyłączając, albo zmienić w inny wariant.

Badacze szybko dostrzegli, że mają w ręku narzędzie, które może znacznie przyspieszyć rozwój inżynierii genetycznej.
shawn_hempel/PantherMedia

Badacze szybko dostrzegli, że mają w ręku narzędzie, które może znacznie przyspieszyć rozwój inżynierii genetycznej.

Prof. Jacek Hennig
Archiwum prywatne

Prof. Jacek Hennig

„Ikar łapał raki”, „wół utył i ma miły tułów”. Te dwa zdania to przykłady palindromów – czytane od lewej do prawej albo wspak brzmią identycznie. W ostatnich dwóch dekadach XX w. naukowców z Japonii, Holandii i Hiszpanii – niezależnie od siebie – zaintrygowały właśnie palindromy, tyle że zapisane w DNA bakterii i innych jednokomórkowych mikrobów. Tak zaczęła się historia przełomowego narzędzia inżynierii genetycznej.

Obrona własna

Cząsteczka DNA składa się – w dużym uproszczeniu – z połączonych ze sobą „szczebelkami” i skręconych (podobnie jak schody) dwóch nici. To słynna „podwójna helisa”, jak się ją określa w biologii. Owe szczebelki zaś to połączone w pary cztery związki chemiczne (nukleotydy) – adenina, tymina, guanina i cytozyna – oznaczane jako A, T, G i C.

Za pomocą tych czterech liter – znów ujmując rzecz w przybliżeniu – zapisana jest budowa m.in. ludzkiego organizmu. Na przykład sekwencja AAG jest przepisem na wyprodukowanie przez komórkę jednego aminokwasu. Z kolei z różnych kombinacji dwudziestu aminokwasów zbudowane są wszystkie białka żywych istot na Ziemi.

Wróćmy do naukowców. Zaobserwowali oni w DNA mikrobów sekwencje składające się z 30 liter z zestawu A, T, G i C, będące palindromami. Rozwikłanie zagadki, do czego służą, trochę trwało, i dziś różne grupy uczonych spierają się, kto ma większy wkład w stwierdzenie, że są częścią prymitywnego układu obronnego, dzięki któremu m.in. bakterie odpierają ataki wirusów.

System działa na dość prostej zasadzie. Wirusy funkcjonują jak pasożyty, które do tworzenia swoich kopii wykorzystują aparat komórkowy „żywiciela” – wprowadzają tam własny materiał genetyczny. Dlatego w bakteriach, którym atak udało się przetrwać, pozostają jego fragmenty. I tu następuje coś intrygującego: mikroby oznaczają owe wirusowe kawałki w swoim DNA właśnie palindromicznymi sekwencjami. Ponadto dodają do nich gen kodujący białko, które potrafi ciąć nić DNA. Jeśli zatem wirus próbuje taką bakterię ponownie zaatakować, to dzięki owemu fragmentowi własnego materiału genetycznego zostaje rozpoznany, a ów „tnący gen” robi „ciach” i w ten sposób unieszkodliwia groźnego intruza. Innymi słowy uwięziona w bakterii i specjalnie oznaczona sekwencja naprowadza (również dzięki wykorzystaniu cząsteczki RNA, która pełni funkcję „celownika”) białkowy skalpel na identyczne miejsca w materiale genetycznym wirusów.

Naukowcy nadali owym palindromicznym fragmentom DNA mikrobów nazwę CRISPR, będącą skrótem od Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (grupowane, regularnie przerywane, krótkie powtórzenia palindromiczne). Do tego dodali Cas9, co oznacza gen odpowiedzialny za produkcję białka tnącego DNA. I tak powstała pełna nazwa bakteryjnego systemu obronnego: CRISPR/Cas9. Później okazało się jednak, że mikroby używają jeszcze innych rodzajów tnących białek Cas.

Badacze szybko dostrzegli, że mają w ręku narzędzie, które może znacznie przyspieszyć rozwój inżynierii genetycznej. Już od lat 70. XX w. potrafiono bowiem ciąć enzymami DNA oraz przenosić geny z jednych organizmów do drugich, dzięki czemu sprawiono m.in., że bakterie wytwarzają ludzką insulinę niezbędną dla cukrzyków. Ale nie były to bardzo precyzyjne narzędzia.

Tymczasem bakteryjny system CRISPR/Cas potrafi naprowadzać na dokładnie wybrany fragment DNA. Jeśli bowiem wstawi się do niego np. jakiś konkretny fragment genu człowieka, to chemiczna maszyneria znajdzie miejsce, w którym znajduje się on i jego kopie (bo każdy gen występuje w wersji pochodzącej od ojca i matki). Dalsze wydarzenia zależą od tego, jakie tnące białko zostanie zastosowane. Jedno może przeciąć w wyznaczonym miejscu nić DNA, a następnie mechanizmy naprawcze komórki z powrotem ją skleją. Przy czym można tak wpłynąć na ich działanie, że naprawiając przecięcie, komórka wprowadzi zmianę pożądaną przez eksperymentatora. Nazywa się to redagowaniem genomu, gdyż przypomina pracę redaktora poprawiającego literówki w tekście. Można też użyć tnącego białka, które usunie wskazany fragment DNA, tak jak redaktor wykreśla słowa ze zdania.

Za pomocą CRISPR da się zmodyfikować fragment DNA, czyli uszkodzić jakiś gen, tym samym go wyłączając, albo zmienić w inny wariant. Ale nie jest możliwe (przynajmniej na razie) wprowadzenie czegoś, czego w DNA wcześniej nie było. Znów, odwołując się do redakcji tekstów: umiemy poprawić literówkę czy wyciąć jakieś słowo, ale nie dopiszemy całego zdania artykułu lub rozdziału książki.

Agresja kontrolowana

Odkrycie CRISPR/Cas9 ma jednak ogromne znaczenie, co wynika również z tego, że bakteryjny system obronny okazał się szybszy w użyciu, łatwiejszy i tańszy w porównaniu z innymi narzędziami inżynierii genetycznej. Kwestią czasu było więc jego praktyczne zastosowanie. W 2013 r. naukowcy z Broad Institute (wspólnej jednostki badawczej Harvard University i Massachusetts Institute of Technology) poinformowali o udanej edycji DNA w ludzkich i mysich komórkach (hodowanych w laboratorium). W tym samym roku pojawiły się też pierwsze publikacje specjalistyczne donoszące o modyfikacjach genów roślin za pomocą CRISPR/Cas9.

Od tego momentu na całym świecie przeprowadzono już tysiące eksperymentów polegających na edycji materiału genetycznego organizmów. A ponieważ metoda jest tania, szybka i łatwa, jej użycie w przypadku człowieka od razu wzbudziło obawy. Dlatego w 2015 r. akademie nauk USA, Chin i Wielkiej Brytanii zwołały spotkanie specjalistów poświęcone kwestiom etycznym stosowania CRISPR/Cas. Konkluzją było wezwanie do wstrzymania się z eksperymentami polegającymi na wprowadzaniu zmian genetycznych, które mogłyby być dziedziczone (czyli m.in. wykorzystaniu poddanych edycji komórek rozrodczych człowieka). Moratorium nie wstrzymało zatem wszystkich badań z udziałem ludzi.

Czytaj także

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną