Edytowanie DNA metodą CRISPR-Cas9 – o co chodzi? Część 1

Jeszcze całkiem niedawno idea zmieszczenia dobrze działającego komputera w kieszeni spodni była pomysłem w konwencji science-fiction. Dziś każdy z nas w zasięgu ręki ma telefon z GPS, Internetem, kamerą czy aplikacją badającą wydajność naszego snu. Tempo rozwoju nauki i techniki pozwala nam spekulować, że to, co jest dziś w oparach science-fiction, jutro może stać się naszą codziennością.

Nauka też ma swoje asy w rękawie. Warto wiedzieć co w trawie piszczy. Dziś zajmiemy się metodą CRISPR-Cas9. Jeżeli jeszcze o niej nie słyszeliście, to czas najwyższy zapoznać się z tematem, bo jest bardzo gorący a w taki mróz przy się nam rozgrzewka umysłowa!

Podwójne możliwości

Większość z nas pozytywnie ocenia rozwój, który ułatwia nam życie, leczy nieuleczalne kiedyś choroby i umożliwia nam robienie rzeczy, kiedyś zupełnie niemożliwych (nie mam na to żadnych badań, to takie moje wewnętrzne przeczucie :)). Problemy zaczynają się, kiedy zaczynamy drążyć temat, zastanawiać się nad zastosowaniem zdobytych przez ludzkość technologii. Przecież osiągnięcia nauki równie dobrze możemy wykorzystać w niecnych celach np. w konstruowaniu broni, stworzeniu śmiercionośnego wirusa, zawładnięcia światem przez sztuczną inteligencję, klonowania ludzi albo, o czym jeszcze sobie podyskutujemy, programowaniu ludzi na zamówienie.

Niektórym z Was może się wydawać, że przesadzam i pewnie macie trochę racji. Ale rozwoju nie zatrzymamy i prędzej czy później będziemy musieli odpowiedzieć sobie na kilka pytań dotyczących tego, jak chcemy naszą wiedzę wykorzystywać. Klonowanie też kiedyś pozostawało mętnym pomysłem, a jeżeli czytaliście jeden z moich poprzednich postów, to wiecie, jak się teraz rzeczy mają…

Wstęp dziś jest dość długi, ale to celowe. Chcę Was wprowadzić w świat, w którym (prawie) wszystko jest możliwe. Więc otwórzcie swoje głowy i poświęćcie chwilę na zapoznanie się z metodą, o której mówi cały świat, nie tylko naukowy.

Genetyczne przeznaczenie

To jak wyglądamy i funkcjonujemy  dużej mierze zawdzięczamy genom odziedziczonym od naszych rodziców. Większość z nas zdaje sobie jednak sprawę, że geny to nie wszystko i dba o swój zdrowy tryb życia, chcąc oszukać swoje genetyczne przeznaczenie.

Modyfikacje genetyczne nie kojarzą się nam już z zupełną nowością i większość z Was zapewne zdaje sobie sprawę z tego, że naukowcy już od dawna manipulują DNA – ale słowo manipulacja nie ma tu negatywnego wydźwięku, a o takie wrażenie nie trudno przeglądając ogólnodostępne media. Niektórzy z Was na myśl o takich pomysłach dostają pewnie gęsiej skórki i zarzekają się, że tfu, nie będą jedli modyfikowanej żywności. Zastanówcie się w obrębie Waszego sumienia, tak po cichutku, czy na pewno wiecie na ten temat wystarczająco dużo i czy Wasza opinia nie jest jednak wypadkową dezinformacji i strachu o siebie i bliskich (co mnie, żeby było jasne, nie dziwi ani nie oburza).

Wiemy, że nic nie wiemy?

Jak wskazują badania, aż 80% Amerykanów (nie sądzę, byśmy jako naród wypadli lepiej) chce, by producenci oznaczali produkty żywnościowe zawierające DNA. Jedni z Was się teraz pewnie podśmiewają, inni nie rozumieją co w tym dziwnego. Moi drodzy, prawie każde pożywienie zawiera DNA, pomidor też, stąd niektórych na takie zapędy zalał gromki śmiech (chociaż nie ma tu się z czego śmiać).

 

Inne badanie wskazuje, że  32% zapytanych nie wie, że DNA znajduje się w roślinach. Więc już wiadomo skąd ten ogólny strach przed DNA, nie mówiąc już o jego manipulacjach (może powinnam powiedzieć zmianach, by otrzepać się z tego, jakże negatywnego wydźwięku słowa manipulacja).

Brak świadomości społecznej i wystarczającej edukacji nam tu nie pomaga…

Dobra, zeszłam z tematu 😉 Kiedyś do tych rozważań powrócimy.

Nie ma leku na całe zło

Mimo ogromnych nadziei związanych z wykorzystaniem inżynierii genetycznej w leczeniu tysiąca chorób, do jednego panaceum na wszystko jeszcze długo droga (moim zdaniem, nieskończona). Świat jest zbyt skomplikowany, by mieć jedno rozwiązanie na wszystkie problemy (chyba że mowa o WD40), więc i z inżynierią genetyczną nie ma lekko.

Nie takie modyfikacje złe, jak je malują

Mamy też wiele sukcesów na tym polu. Jednym, w mojej ocenie z większych, jest insulina. Nie wiem czy wiecie, ale metody inżynierii genetycznej pozwoliły na to by insulinę, hormon ratujący życie cukrzykom, produkowały bakterie zmodyfikowane poprzez wprowadzenie do ich genomu ludzkiego genu odpowiedzialnego za jej wytwarzanie.

Dotychczas stosowane metody edycji genomu mają swoje wady i zalety. Jedną z bardziej strachogennych właściwości jest wprowadzanie genów osobnika A do genomu osobnika B. Niektórzy boją się, że zjedzenie modyfikowanej kukurydzy zmieni ich w kukurydzę (co jest, delikatnie mówiąc, niemożliwe).

Technika o słabej nazwie

Technika, którą Wam dziś przybliżę, umożliwia edytowanie sekwencji DNA bez potrzeby wprowadzenia genów pobranych od innych organizmów. Będziemy stosować nazwę skrótową techniki, czyli CRISPR-Cas9, bo nazwa pełna jest bardzo długa (brzmi po polsku mniej więcej: zgrupowane, regularnie rozproszone, krótkie, powtarzające się sekwencje palindromiczne). Tak wiem, skrót też jest do bani, ale można się przyzwyczaić.

Uwaga, tłumaczę o co biega!

Tak naprawdę człowiek się tutaj jakoś wybitnie nie narobił. Metodę wymyśliła sobie sama ewolucja, jako narzędzie, które pozwala bakteriom bronić się przed infekcjami wirusowymi (tak, tak, bakterie też są podatne na infekcje wirusowe – tzw. bakteriofagi). Oczywiście to ludzie rozpoznali ten mechanizm i nauczyli się go wykorzystywać na własny użytek, więc mimo wszystko należy się im całkiem spory aplauz.

W działanie tego systemu zaangażowane są dwa elementy; cząsteczka RNA – czyli mniej stabilny kuzyn DNA, oraz enzym (białko) Cas 9.

Bakteria zainfekowana wirusowym DNA ma dwa wyjścia. Poddać się i umrzeć lub zwalczyć wirusa i przeżyć. Oczywiście bakteria się nad tym nie zastanawia, jednak „robi” wszystko, by pojedyncza komórka, tworząca całą jej postać, przetrwała jak najdłużej. Jeżeli uda się jej zwalczyć infekcję, wycina sobie kawałek DNA wirusa i przechowuje w swoim materiale genetycznym (na pamiątkę oraz jako broń). Przy kolejnej infekcji bakteria na podstawie danych w swoim DNA produkuje komplementarny (czyli prościej, bardzo podobny) fragment cząsteczki wspomnianego RNA. Ten fragment odgrywa rolę przewodnika dla enzymu. Białko Cas9 pełni za to funkcję molekularnych nożyczek, przecinających DNA wirusowe, w miejscu wskazanym przez przewodnika. Takie cięcie pacyfikuje intruza.

Wytnij jedno, wklej drugie

Naukowcy mogą tę metodę wykorzystać na własne potrzeby, projektując sekwencje cząsteczek przewodnikowych (czyli fragmenty RNA). Dzięki temu, precyzyjne białko-nożyczki przecina DNA w ściśle wyznaczonym przez badacza miejscu. Pozostawienie tak przeciętego DNA spowoduje, że komórka sama postara się o naprawę uszkodzenia. Niestety, to zwiększa szansę pomyłki genetycznej i powstania w tym miejscu mutacji. Aby temu zaradzić, a tym samym wycisnąć z tej metody jeszcze więcej przydatności, naukowcy wprowadzają nowy fragment DNA, który zostanie wklejony w powstałe przecięcie. Ten nowy fragment może eliminować przyczynę choroby lub odpowiadać za wprowadzenie pożądanej cechy.

W bardzo dużym uproszeniu metoda ta działa na zasadzie: wytnij, wklej (uproszczenie jest tu niezbędne dla celów edukacyjnych :)).

Brawo Wy!

To było trudne. Brawo dla Was, jeśli dotarliście aż tu i brawa dla mnie, jeśli coś zrozumieliście… Teraz jeszcze kilka zalet, tej zapożyczonej z natury techniki:

– prostota, samo wykonanie jest proste i szybkie, zakładając, że wykonawca metody potrafi posługiwać się pipetą i ma ogólne pojęcie laboratoryjne

– cena, stosowanie tej metody jest dużo tańsze od pozostałych metod inżynierii genetycznej, ale nie tak tanie by każdy sobie sam majstrował na blacie w kuchni

– precyzyjność, wszyscy mówią, że metoda ta jest bardzo precyzyjna, ale wciąż zdarzają się pomyłki np. cięcia w złym miejscu, więc nad tym trzeba jeszcze popracować

– możliwość edycji kilku fragmentów jednocześnie, no niby tak, ale technicznie też jeszcze do końca tego nie ogarnęliśmy.

Przerwa

Pojawiło się dużo informacji jak na jeden post, więc właśnie podjęłam decyzję o przerwie. W kolejnej części napiszę o możliwych zastosowaniach tej metody, największych problemach w jej bezpiecznym stosowaniu oraz etycznych rozważaniach, które społeczeństwo musi przemyśleć. Przedstawię Wam również moją opinię co do najbardziej bulwersującej możliwości wykorzystania tej techniki, czyli projektowaniu dzieci (ale by nie pozostawić Was w niepewności, powiem, że to się nie wydarzy – chyba że jakiś szaleniec z bajki postanowi zawładnąć światem i narobić bałaganu, ale mimo szczerych chęci, dalej nie mogę w taki scenariusz uwierzyć).

O technice CRISPR-Cas 9 mówiłam całe 3 minuty na półfinale konkursu FameLab. Mam nadzieję, że do czasu kolejnej części wpisu nagranie mojej wypowiedzi będzie już dostępne. Na pewno podlinkuje, dlatego warto śledzić moje media społecznościowe!

Do następnego!