Kaip veikia „Crispr-Cas“ technologija ir kokias galimybes ji atveria? Kas, nors ir skamba fantastiškai, netolimoje ateityje gali tapti realybe, o kas liks fantastika? Kokie žmogaus genų redagavimo pavojai yra perdėti, o kokie – realūs?
Apie tai šeštadienį Vilniuje vykusiame fantastikos mėgėjų susibūrime „Lituanicon“ jo dalyviams pasakojo dr. Virginijaus Šikšnio vadovaujamoje laboratorijoje biochemijos doktorantūrą studijuojanti ir „Crispr-Cas“ sistemas tyrinėjanti mokslininkė Miglė Kazlauskienė.
Ar lengva koreguoti žmogaus DNR?
Genų inžinerija – nauda žmonijai, o gal pavojus? Susirinkusiems fantastikos ir mokslo mėgėjams M.Kazlauskienė akcentavo, kad „Crispr-Cas“ genų „karpymo“ technologija, leidžianti „iškirpti“ nepatinkančią DNR molekulės atkarpą ir pakeisti ją kitokia, taip pakoreguojant geną, yra tik įrankis. Kaip ugnis, kuri gali ir šildyti, ir sudeginti namus, „Crispr-Cas“ technologija gali būti naudojama įvairiems tikslams.
„Tai žirklės, kuriomis gali kirpti. Kaip tu kirpsi, ką tu kirpsi ir kodėl – atskiras dalykas. Kaip ir su krūmų genėjimu – jei žinosi, ką darai, krūmą apgenėsi gražiai, jei nežinosi, gausis ne toks gražus rezultatas“, – lygino M.Kazlauskienė.
Mokslininkė pabrėžė, kad šiuo metu apie žmogaus DNR ir tai, už ką koks jo fragmentas yra tiksliai atsakingas, žinių vis dar yra nedaug. Todėl ji žmogaus genomo redagavimą lygino su teksto svetima kalba redagavimu.
„Man asmeniškai genomo redagavimas šiuo metu atrodo panašiai, kaip būtų, jei aš latvišką tekstą redaguočiau.
Man asmeniškai genomo redagavimas šiuo metu atrodo panašiai, kaip būtų, jei aš latvišką tekstą redaguočiau.
Matyčiau panašių žodžių į lietuviškus, galėčiau maždaug spėti, ką kas reiškia, bet realiai nelabai kažką suprasčiau. Todėl daug šansų, kad tai, ką aš taisysiu, bus nesąmonė. Mūsų suvokimas apie mūsų DNR yra panašiame lygmenyje. Kažką lyg ir galime suprasti, bet bendro konteksto visiškai neįsivaizduojame“, – sakė M.Kazlauskienė.
Jos teigimu, būtent todėl dabar žmogaus DNR koreguoti vis dar yra pavojinga. Be to, pasak mokslininkės, svarbūs yra ir etiniai klausimai – vyksta diskusijos, kiek toli galima žengti koreguojant žmogaus DNR.
„Dabar daugelis laikosi nuomonės, kad vis dėlto negalime elgtis bet kaip. Iš principo bendra etikos norma yra tokia, kad genomo redagavimą galima naudoti žmogaus gydymui, bet niekam daugiau“, – pabrėžė M.Kazlauskienė.
Ji pripažino, kad net ir toks apibrėžimas kelia diskusijų, nes nuomonės, kas yra liga, kurią reikia gydyti, ir kas – ne, išsiskiria. Jos teigimu, teoriškai „blogais genais“ žmogus gali paaiškinti labai daug savo savybių, tačiau vis tiek lieka klausimas, ar, pavyzdžiui, jei žmogus nešioja akinius, jis jau serga akių liga, ar ne. O ir savos problemos, atkreipė dėmesį M.Kazlauskienė, juk dažnai atrodo didesnės nei svetimos.
Ką „Crispr-Cas“ technologija vis dėlto gali?
Net jei į žmogaus genomą kol kas mokslininkai nelenda, „Crispr-Cas“ technologija jau yra plačiai taikoma kitur, pavyzdžiui, mokslo tyrimuose. Tiesa, tik atvejais, kai mokslininkams negaila, kad didžioji dalis tiriamų subjektų žus.
„Kai nėra baisu, kad žus daug organizmų, su kuriais testuojama, tada tokias technologijas galima lengvai taikyti. Tada mokslininkai gali tirti pavienes ląsteles: ką daro vienas ar kitas genas, kas lemia vėžį ar kaip tik galbūt padaro ląstelę atsparia vėžiui. Ir kiti dalykai. Neseniai, pavyzdžiui, mokslininkai išsiaiškino, kokios drugelio DNR dalys lemia, kad jo sparnai yra tokie spalvoti“, – sakė M.Kazlauskienė.
Dar vienas dalykas, kurį „Crispr-Cas“ technologija leidžia jau šiandien – modifikuoti maistą. Pavyzdžiui, pakeitus citrusinių vaisių genomą, jie tampa atsparūs tam tikroms bakterijų sukeliamoms ligoms, nuo kurių anksčiau daug medžių mirdavo.
„Arba paršiukai, kurie dėl pakeisto DNR turi mažiau riebalų ir atitinkamai daugiau raumenų. Kažkam galbūt skaniau, kažkam priešingai“, – sakė M.Kazlauskienė.
Kalbėdama apie tiesioginę naudą žmonėms, kurią, tikėtina, genų inžinerija atneš ateityje, mokslininkė paskaitos dalyviams paminėjo genetiškai paveldimų ligų gydymą. Ji atkreipė dėmesį, kad bandymai aiškinantis, kaip „Crisp-Cas“ galėtų gydyti ligas, jau vyksta: tiesa, kol kas tik su laboratorinėmis pelėmis.
Kaip pavyzdį ji pateikė situaciją, kuomet peliukui, kuris buvo aklas dėl vieno geno trūkumo, su „Crispr-Cas“ į genomą įterpus trūkstamą geną rega atsistatė. Pasak jos, galbūt ateityje tokios procedūros padės ir žmonėms, kurie kenčia nuo panašaus genetiškai paveldėto aklumo.
„Kai kurių rūšių vėžys taip pat gali būti taisomas genų redagavimu. Yra keičiamos imuninės ląstelės, kad jos atakuotų tas vėžines ląsteles.
Kai kurių rūšių vėžys taip pat gali būti taisomas genų redagavimu. Yra keičiamos imuninės ląstelės, kad jos atakuotų tas vėžines ląsteles.
Tokių tyrimų jau yra daroma ir su žmonėmis, pirminiai rezultatai daug žadantys. Bet reikia daugiau informacijos, daugiau tyrimų, kad būtume tikri, kad tai nėra pavojinga dėl kitų priežasčių“, – sakė M.Kazlauskienė.
Potencialiai, jos teigimu, „Crispr-Cas“ genų „karpymo“ technologija ateityje gali padėti ir gydant AIDS – viruso DNR ateityje galbūt bus tiesiog „iškerpamas“ iš žmogaus genomo. Bandymai kol kas vyksta tik ląstelių lygmenyje, tačiau, pasak M.Kazlauskienės, galbūt kada nors naują gydymo būdą išbandys ir žmonės.
Ko „Crispr-Cas“ technologija negali?
AIDS gydymas ar regos suteikimas, aišku, džiugina. Bet fantastiniai fimai ir knygos, kuomet kalba pasisuka apie genų inžineriją, dažnai kelia ir didesnių vilčių. Superkareiviai, genetiškai modifikuoti monstrai, nemirtingumas – tik keli fantastinių kūrinių elementai, neretai siejami su genų inžinerija.
Vis dėlto tiek entuziazmą, tiek baimę M.Kazlauskienė skubėjo nugesinti. Anot jos, tokie kūriniai turi mažai bendro su realybe.
„Neseniai išėjo vienas fantastinis filmas, kur gyvūnai pasigavo „Crispr-Cas“ ir jų genomas taip susiredagavo, kad jie mutavo. Tačiau rytoj realybėje šitaip tikrai nenutiks.
Neseniai išėjo vienas fantastinis filmas, kur gyvūnai pasigavo „Crispr-Cas“ ir jų genomas taip susiredagavo, kad jie mutavo. Tačiau rytoj realybėje šitaip tikrai nenutiks.
Pagrindinė priežastis, kaip jau minėjau, labai lengva genus sugadinti, kad gyvūnas numirtų, bet labai sunku pakeisti juos taip, kaip nori. Atsitiktinai tai negali įvykti juo labiau. Juk į vieną krūvą sumetus daug radijo detalių, iš jų radijo imtuvas pats nepasigamins. Čia panašiai“, – sakė M.Kazlauskienė.
Superkarių mutantų su superjėga ir supergaliomis, pasak mokslininkės, genų inžinerija taip pat nesukurs.
„Viskas remiasi į tai, kad mes tiesiog nežinome, ką padaryti, kad žmogus taptų toks stiprus. Gal kažką ir galima keisti, bet labai daug kas neaišku ir daug kas lieka tik fantastika. Dar sunkiau būtų sukurti papildomus organus. Mes tiesiog nežinome, kaip. Įrankį turime, o žinių – nelabai“, – sakė mokslininkė.
Ji priminė, kad mokslininkai ir „Crispr-Cas“ technologijos nesukūrė „nuo nulio“ – ji tiesiog buvo nukopijuota iš bakterijų.
„Mes pamatėme, kad bakterijos taip daro, mums patiko, paėmėm tuos baltymus ir perkėlėm kitur. Bet nuo nulio mes nieko nesukūrėm. Viskas, ką šiuo metu darome, paremta mėgdžiojimu“, – sakė M.Kazlauskienė primindama, kad žmogaus genomą sudaro maždaug 3 milijardai cheminių bazių, jame yra apie 30 tūkst. genų, kurių kiekvienas koduoja tam tikrą baltymą.
„Yra ne tik daug cheminių bazių: jos yra tarpusavyje susijusios. Jei nematai tų ryšių, gali kažką pažeisti. Jei žinai, kad tas baltymas žmogui kažkuo reikšmingas, nebūtinai reiškia, kad pakeitęs jį koduojantį geną gausi tai, ką norėtum gauti. Gali būti, kad nuo jo priklauso dar šimtas kitų procesų“, – sakė mokslininkė. Ji pažymėjo, kad į priekį mokslininkai stumiasi tik mažai žingsniais ir neverta per daug pasitikėti teiginiais, kad vieni ar kiti mokslininkai išgydė vėžį – greičiausiai jie tik šiek tiek geriau ėmė suprasti, kas vėžį lemia.
Todėl dabar gydant ligas ar kitaip koreguojant žmogaus genus „Crispr-Cas“ technologija, akcentavo M.Kazlauskienė, rizikos būtų didesnės negu nauda.
„Technologija yra. Klausimas – ar žinome, ką daryti, ir ar verta kažką daryti“, – pabrėžė ji.
Kada būsime sukaupę pakankamai žinių, kad genų „karpymas“ bus medicinoje plačiai taikomas ir prieinamas kiekvienam? M.Kazlauskienė skaičiavo – kalbant apie įprastus cheminius vaistus, dažnai nuo pirmųjų bandymų molekulių lygmenyje iki saugaus vaistų taikymo žmogui gali praeiti ir apie 50 metų. Kadangi „Crispr-Cas“ sistema atrasta tik maždaug prieš dešimt metų, greitai tikėtis stebuklingų vaistų mokslininkė nesiūlo.
Nesiūlė paskaitos klausytojams M.Kazlauskienė ir tikėtis, kad genų koregavimas padės pasiekti nemirtingumą. Anot jos, žmogaus ląstelės nėra prisitaikiusios gyventi amžinai, ir net jei kažkaip pakoregavus genus jų gyvavimo trukmė būtų prailginta, jos galiausiai mutuotų į vėžį.
„Kodėl vėžys dažnesnis negu anksčiau? Mūsų medicina pažengė tiek, kad didžioji dalis mūsų išgyvenam, kol mirštam nuo vėžio“, – sakė M.Kazlauskienė.
Be to, mokslininkė pastebėjo, kad mes apskritai mažai žinome apie tai, kas yra senatvė. Netgi bandymai su gyvūnais, skirti lėtinti jų senėjimą, kol kas leidžia paveikti tik išorinius bruožus. M.Kazlauskienė tai lygino su žilo žmogaus sprendimu nusidažyti plaukus juodai – gal jis ir atrodo jauniau, bet jaunesnis netampa.
O ar gali būti, kad nepaisant rizikos, koks nors smalsus mokslininkas nutars genų inžineriją išbandyti savo kailiu? Į klausimą, ar jam pavyko, tikėtina, atsakytų tik skrodimas.
„Esu savavališkų bandymų skeptikė. Aišku, gali bandyti, bet rizikuoji savimi. Yra šansų, kad nesuveiks iš principo, nes, tarkim, baltymą laikysi nepakankamai šiltai ir jis numirs, yra šansų, kad perkirps ne tą geną, kurį nori, yra šansų, kad net ir perkirpus tą geną, kurį nori, bus nenumatytų šalutinių pasekmių“, – teigė mokslininkė.
Vienam paskaitos klausytojui rūpėjo, ar priešiška valstybė, norėdama nužudyti kokį nors žmogų, galėtų kaip nors paveikti jo genus. Pasak M.Kazlauskienės, žiūrint vien tik teoriškai, tai yra įmanoma, tačiau būtų taip sudėtinga, kad, pasitelkti, pavyzdžiui, arbatą su poloniu – daug lengviau.
Kaip veikia DNR ir „Crispr-Cas“?
Paskaitos metu M.Kazlauskienė taip pat pasakojo, kaip veikia DNR ir kaip buvo atrasta „Crispr-Cas“ sistema.
„Visi mes savo ląstelėse turime DNR, kur, kaip Šventame rašte, yra surašyta visa svarbiausia informacija apie mus. Kas mes esame, kaip mes turime kažką daryti. Nuo DNR mūsų ląstelėse kiekvieną sekundę yra daromos kopijos – RNR molekulės. Tai tarsi trumpi fragmentai iš to Švento rašto, instrukcijos ląstelei, ką ji šiuo konkrečiu momentu turi daryti. Didžioji dalis tų instrukcijų sako – „susintetink tokį ir tokį baltymą“. Dėl ko mes funkcionuojame, dėl ko aš dabar čia ranką kilnoju ir šneku? Todėl, kad daug mano ląstelėse bėgiojančių baltymų linijų tai leidžia“, – aiškino M.Kazlauskienė.
Pasak mokslininkės, genų inžinerijos pagrindinis tikslas yra pakoreguoti DNR, „iškerpant“ dalį DNR ir ten įklijuojant kitokį DNR fragmentą. Tęsiant analogiją su Šventuoju raštu, anot mokslininkės, tai būtų tarsi vieno lapo išplėšimas ir pakeitimas visiškai kitu, kuriame būtų rašoma tai, ko mes norėtume.
Visgi M.Kazlauskienė pažymėjo, kad tai padaryti labai sunku. Daug lengviau – „karpant“ DNR vieną ar kitą DNR molekulės atkarpą tiesiog sugadinti. Tuomet ląstelė išvis nebegalės gaminti vieno ar kito baltymo.
„DNR inžinerija nėra naujas dalykas. Daug senų technologijų tą iš principo galėjo padaryti. Esminis skirtumas, kodėl apie tau kalbama būtent dabar, yra tai, kad senosios „karpymo“ technologijos buvo pakankamai netikslios. Norėdami „iškirpti“ vieną lapą, kartu iškirpdavome ir dar dešimt kitų. Ir to nebuvo galima kontroliuoti“, – aiškino biochemikė.
„Crispr-Cas“ technologija, jos teigimu, yra kur kas tikslesnė. Daugiau šansų „iškirpti“ būtent tą konkrečią DNR molekulės atkarpą, kurią norime.
„Crispr-Cas“ sistema yra perimta iš bakterijų. Ji padeda bakterijoms apsiginti nuo virusų. Kadangi bakterijos yra vienaląstės, bet koks susidūrimas joms gali būti mirtinas: jei virusas įsiskverbęs į bakteriją pasidaugins, bakterija žus. Todėl bakterijos turi įvairias gynybos nuo virusų sistemas.
Vilniaus universiteto mokslininkai aiškinosi, kaip tam tikro tipo bakterijos geba apsiginti nuo virusų. Jie nustatė, kad tai padaryti leidžia „Crispr-Cas“ sistema. Šią sistemą, pasak M.Kazlauskienės, sudaro du komponentai – „Cas9“ baltymas, kuris atlieka „karpymo“ darbą, ir su juo susijęs RNR fragmentas, kuris baltymui pasako, kad reikia „kirpti“ virusą būtent toje, o ne kitoje vietoje. Ši sistema sunaikina viruso DNR ir nepažeidžia pačios bakterijos.
Pasak M.Kazlauskienės, bakterijos savo DNR yra sukaupusios ištisas tokių virusų DNR fragmentų, kurių reikia saugotis, „bibliotekas“. Tokius fragmentus M.Kazlauskienė lygino su nusikaltėlių nuotraukomis policijos kartotekoje.
VU mokslininkai suprato, kad tokius „įrašus kartotekoje“ galima pakeisti. Tada bakterijos „karpys“ ne virusų DNR, o bet kokius DNR fragmentus, kokius tik norės mokslininkas.
„Su „Crispr-Cas“ tai tapo taip paprasta, kad yra tiesiog rinkiniai, kuriuos gali užsisakyti mokyklos. Ir tada kiekviena mokykla gali karpyti mikroorganizmų DNR ir savotiškai žaisti pasaulio kūrėjus, genomų redaguotojus. (…) Iš principo su bakterijom tą padaryti nesunku, nes jų galima prisiauginti daug ir jei didžioji dalis išmirs – nieko tokio, jei likusios bus paredaguotos taip, kaip norėsim“, – sakė M.Kazlauskienė
