Jaki numer wytną te nożyce? Genetyczna skrzynka narzędziowa pełna kontrowersji

Techniki edycji genów określane hasłowo jako CRSPR budzą chyba więcej niepokoju niż nadziei. W dodatku kolejne próby wdrożenia tych technik w rozwiązywanie problemów medycznych potykają się o nieprzewidziane efekty uboczne. Nie brakuje sceptyków zauważających, że te problemy są wpisane w manipulacje genotypem i należy je zawsze przewidzieć.

Jak doniosła kwietniu 2024 r. agencja Bloomberg, start-up biotechnologiczny Verve Therapeutics wstrzymał pierwszą fazę projektu badań nad edycją ludzkich genów do obniżenia poziomu cholesterolu LDL o nazwie Heart-1 z powodu skutków ubocznych u pacjenta. Chodziło o obniżenie poziomu złego cholesterolu, zwiększającego ryzyko wczesnego zawału serca u pacjentów i mogącego ogólnie skrócić oczekiwaną długość życia. Proponowany przez Verve zabieg polegał na wstrzyknięciu do wątroby uczestników badania surowicy VERVE-101 zaprojektowanej do obniżania ilości LDL przez genetyczną zmianę genu PCSK9 kontrolującego poziom cholesterolu.

Według „Nature”, VERVE-101 składa się z dwóch cząsteczek RNA wewnątrz nanocząsteczki lipidowej. Jedna cząsteczka wykrywa gen PCSK9, zaś druga RNA edytuje sam gen. Powoduje to dezaktywację genu PCSK9, a co za tym idzie, zastopowanie wytwarzania niepożądanych białek i cholesterolu. Niedawno ujawniono jednak, że pacjent w projekcie Heart-1 zmarł z powodu zawału serca. Eksperci orzekli, że substancja VERVE-101 nie była za to odpowiedzialna, ale w połączeniu z doniesieniami o poważnych skutkach ubocznych, był powód do alarmu alarm. Ostatecznie wstrzymano eksperyment. Ponadto, według Bloomberga, u pięciu z pierwszych sześciu pacjentów włączonych do badania Heart-1 poziom cholesterolu obniżył się. Jednak u szóstego pacjenta wystąpiły „nieprawidłowe enzymy wątrobowe”, a także obniżenie liczby płytek krwi.

Trudno odnieść zatem wrażenie, że naukowcy i lekarze w pełni panują nad wszystkim, co ma związek ze stosowaniem mechanizmu zwanego czasem „nożycami genowymi” (1).

Sprzeciw wobec projektowania dzieci

Na to, jak operować tymi nożycami, wpadły w 2012 roku Jennifer Doudna (2) i Emmanuelle Charpentier. Odkryły, że białko RNA w roli przewodnika, może pozwolić celować w określone geny. W 2020 roku panie otrzymały wspólnie Nagrodę Nobla za to odkrycie. Metoda Doudny i Charpentier dawała się łatwo powtarzać i była stosunkowo niedroga. Fiolkę CRISPR i RNA prowadzącego można kupić w Internecie za kilkaset dolarów. Badania nad edycją genów gwałtownie przyspieszyły. Powstały projekty zmierzające do komercjalizacji tej techniki. Doudna, będąca profesorem na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, założył Innovative Genomics Institute, którego celem było badanie praktycznych zastosowań CRISPR i pięć firm, by wykorzystać odkrycia naukowe biznesowo.

2. Jennifer Doudna.
Zdjęcie: https://commons.wikimedia.org/

Technologia CRISPR, a precyzyjniej mówiąc - CRISPR-Cas9 - po uwzględnieniu enzymu „roboczego” Cas9, rozpoznającego sekwencje DNA, niosła i niesie obietnicę przekształcenia medycyny i wzbogacenia jej o metody na leczenie chorób genetycznych poprzez edycję DNA dotkniętych tkanek. Zaczęto też mówić o edycji zarodków przez zmianę DNA przyszłych komórek jajowych lub plemników, powodując modyfikacje, które byłyby przekazywane kolejnym pokoleniom. Jednak wśród naukowców pojawiło się przekonanie, że powinni oni, przynajmniej na razie, oprzeć się pokusie dokonywania dziedzicznych zmian w ludzkim genomie. Tak uważała i wciąż uważa większość badaczy, ale nie wszyscy. Przed rozciąganiem tej techniki na „projektowanie dzieci” ostrzegały obie noblistki.

Doudna, po tym jak w 2014 roku przeczytała artykuł grupy badawczej z Chin, która wykorzystała CRISPR do modyfikacji zarodków małp, a następnie z powodzeniem wszczepiła je matce, tworząc „zmutowane” potomstwo ze zmienionym DNA, jak sama mówiła w jednym z wywiadów „poczuła, że musi zacząć publicznie mówić o odpowiedzialnym korzystaniu z tej technologii”. Było oczywiste bowiem, że po małpach przyjdzie czas na ludzi.

Jedna z głównych obaw Doudnej i wielu innych uczonych polega na tym, że nożyczki CRISPR nie zachowują się przewidywalnie. Nie tylko tną czasem bez związku z założonym celem, ale nawet zmiany zaplanowane mogą mieć negatywne konsekwencje. Wyłączenie genu może rozwiązać jeden problem zdrowotny, tworząc jednocześnie inny. Istnieje np. gen, który rozprzestrzenił się szeroko w wyniku selekcji naturalnej w Afryce, Indiach i Ameryce Łacińskiej, ponieważ chroni przed malarią. Ale ten sam gen, jeśli oboje rodzice są jego nosicielami, może powodować chorobę sierpowatokrwinkową. Kolejna komplikacja polega na tym, że w miarę jak komórki embrionalne dzielą się i rozmnażają, a nożyczki CRISPR wciąż tną, często nie udaje im się edytować każdej komórki. Rosnący zarodek staje się „mozaiką” edytowanego i nieedytowanego DNA a efekt jest wielką niewiadomą.

Na świecie znajdują się laboratoria pracujące nad zastosowaniem nożyc genowych w eksperymentach na ludzkich i zwierzęcych zarodkach. Działają np. w USA pod ścisłą kontrolą bez pozwolenia na hodowlę osobników ze zmienionym genotypem. Czyli nie wolno im robić tego, co podobno zrobił w 2018 r. He Jiankui - chiński naukowiec miał użyć CRISPR do majstrowania przy kodzie genetycznym zarodków in vitro, co miało doprowadzić do narodzin bliźniaków, które, jeśli to prawda, byłyby pierwszymi na świecie genetycznie zmodyfikowanymi ludźmi. Wiadomość ta wywołała falę wzburzenia wśród naukowców, etyków i organów regulacyjnych. Chiny ostatecznie uwięziły He, który stracił również stanowisko badawcze na Południowym Uniwersytecie Nauki i Technologii w Chinach. Wyszedł z więzienia w 2022 roku, ale nie był wobec mediów zbyt wylewny.

Modyﬁkacje znane także naturze i niekiedy pożądane

Edycja i zmiana genotypu nie jest, co może niektórych zaskoczyć, rzeczą w naturze nieznaną. Modyfikować genetycznie, np. niewielkie ryby, potrafi węgorz elektryczny, przez uwolnienie wyładowania sięgającego nawet 860 woltów. Odkryła to niedawno grupa badawcza z Uniwersytetu Nagoya w Japonii. W innych badaniach zaobserwowano podobne zjawisko występujące w przypadku naturalnie zachodzących zjawisk takich jak błyskawice, co wpływało na genotyp nicieni i bakterii glebowych.

Nie robimy więc, modyfikując organizmy żywe genetycznie, rzeczy w naturze nieznanych. Okazuje się, że techniki CRISPR mogłyby rozwiązać niektóre środowiskowe problemy. W wywiadzie dla MIT Technology Review, Jennifer Doudna powiedziała, że technikę tę można wykorzystać do „zwiększania” zdolności drobnoustrojów w glebie lub wodzie „do wychwytywania dwutlenku węgla”.

Pomysł wykorzystania CRISPR do genetycznego zwiększenia zdolności roślin do pochłaniania dwutlenku węgla znany jest już od co najmniej kilku lat. Opiera się na nim projekt Instytutu Salka w USA, który zmierza do wzmocnienia systemów korzeniowych roślin i produkcji suberyny, ich ochronnej powłoki odpowiedzialnej za magazynowanie dwutlenku węgla. W opublikowanym w czasopiśmie „Cell” pod koniec 2019 r. badaniu naukowcy szczegółowo opisali odkrycie dotyczące genu EXOCYST70A3 określającego, jak głęboko korzenie rzeżuchy penetrują glebę. Jego modyfikacja zmienia głębokość systemu korzeniowego rośliny. Gen ten występuje też w innych roślinach.

Podobne procesy mogłyby zostać wykorzystane do umożliwienia organizmom żywym magazynowania większej ilości dwutlenku węgla. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley wraz z Innovative Genomics Institute Doudny próbują zmodyfikować genotyp ryżu, głównego źródła kalorii dla dużej części świata, tak, by był bardziej odporny na susze.

Mikroby fotosyntetyzujące, takie jak mikroalgi i cyjanobakterie, są zdolne do gromadzenia dwutlenku węgla. Ponadto są zdolne do wytwarzania użytecznych chemikaliów i biopaliw. Ich wydajność można zwiększyć przez manipulacje CRISPR-Cas9. Nie jest to proste a naukowcy nie opanowali jeszcze w pełni nożyc genowych do cięcia DNA mikroalg i cyjanobakterii, ale jest to potencjalnie bardzo obiecująca dziedzina.

Podsumowując, można powiedzieć, że techniki edycji DNA, znane pod ogólną nazwą CRISPR, mają co najmniej trzy różniące się oblicza. Pierwsze opiera się na informacjach o eksperymentach dotyczących edycji DNA zarodkowego i budzi silny niepokój, jeśli wręcz nie ostry sprzeciw. Drugie oblicze, oparte na niepewności co do skutków ubocznych terapii genowych, budzi być może mniej lęku, ale za to spory sceptycyzm. I w końcu trzecie oblicze nożyc genowych jako użytecznego narzędzia, które może pomóc ludzkości rozwiązać różne środowiskowe a może nawet klimatyczne problemy.

Niestety jak to bywa z narzędziami, mogą być używane jako coś pożytecznego, pomagającego człowiekowi, ale także mogą być użyte, by człowiekowi zaszkodzić, prowadząc do kłopotów a nawet w skrajnych przypadkach do zguby.

Mirosław Usidus