Šventasis gralis, kurio ieškota beveik 50 metų: nenustebkite, bet nuo šiol genetiškai modifikuotas obuolys net nelaikomas genetiškai modifikuotu - kodėl taip yra ir kaip viską pakeitė CRISPR-Cas technologija

Prieš maždaug keturis dešimtmečius užgimusi genų inžinerija teikia didelių vilčių įvairiose sveikatos priežiūros, žemės ūkio ir pramonės srityse. Tačiau nerimo ši mokslo šaka taip pat kelia nemažai. Bene labiausiai gąsdinanti genų inžinerijos sritis – genomo redagavimas. Taikant naujai atrastą techniką, vadinamąjį CRISPR-Cas metodą, galima ir užtikrinti visišką tikslumą, ir keisti genomo tekstą keliose vietose vienu metu. Vis dėto priežastis, dėl kurios kyla nerimas, niekur neišnyko.

Įgytos savybės tampa paveldimomis

Genomas – tarsi savotiška partitūra. Kaip kad natos pasako orkestro muzikantams, kada ir kaip reikia groti, taip genomas pasako atskiroms ląstelės dalims (daugiausia tai – baltymai), ką jos turėtų daryti. Partitūroje dar gali būti ir kompozitoriaus pastabų, žyminčių įvairius pakeitimus ar paįvairinimus, kurie, atsižvelgiant į aplinkybes, grojant galėtų būti įterpiami arba praleidžiami. Genomo atveju tokios „pastabos“ formuojasi ląstelėse iš vienos kartos į kitą, keičiantis sąlygoms.

DNR genetinė programa panaši į gležną knygelę: jos puslapių tvarka gali kisti, o kai kurie puslapiai gali netgi persikelti į kitų ląstelių programas. Jei puslapis yra, pavyzdžiui, įlaminuotas, rizika jį sugadinti vartant yra mažesnė. Panašiai, tvirtu apdangalu apsaugoti genetinės programos elementai geriau geba įsiskverbti į įvairias ląsteles, o paskui ir daugintis, dauginantis ląstelėms.

Galiausiai tas elementas tampa sparčiai plintančiu virusu. Kitas žingsnis ląstelės, kuria pasinaudodamas plinta virusas (nesvarbu, geras jis ar blogas), gyvenime – mėginimas tam virusui kaip nors atsispirti. Būtent tokiomis aplinkybėmis pirmąsyk ir pasitelktas CRISPR-Cas procesas: kaip priemonė bakterijai apsiginti nuo ją atakuojančių virusų.

Šis procesas leidžia įgytoms savybėms tapti paveldimomis. Vykstant pirmajai infekcijai, mažas viruso genomo fragmentas – tarsi savotiškas parašas – yra kopijuojamas į CRISPR genomo salą (tai papildoma genomo dalis, nepatenkanti į pagrindinio genomo tekstą). To pasekmė – informacija apie infekciją įsimenama kelioms kartoms į priekį. Kai ląstelės palikuonis užsikrės kokiu nors virusu, to viruso seka bus palyginta su jau žinomo viruso genomu. Jei motininė ląstelė buvo užkrėsta panašiu virusu, ląstelė palikuonė jį atpažins, ir jos ad hoc savigynos mechanizmas tą virusą sudoros.

Kelios modifikacijos – vienu metu

Šį painų procesą mokslininkai narpliojo ne vieną dešimtmetį. Jų darbą gerokai apsunkino tai, kad nauji atradimai prieštaravo nusistovėjusiai evoliucijos teorijai. Tačiau dabar mokslininkai jau žino, kaip atkartoti šį procesą, itin tiksliai redaguojant konkrečius genomus. A. Danchino teigimu, genų inžinerijos Šventasis gralis, kurio ieškota beveik 50 metų, pagaliau rastas.

Tai reiškia, kad dabar mokslininkai gali taikyti CRISPR-Cas mechanizmą siekdami pašalinti genomo problemas – tai tarsi klaidų ištaisymas rašytiniame tekste. Pavyzdžiui, kalbant apie vėžį, būtų siekiama sunaikinti tuos genus, kurie leidžia daugintis vėžio ląstelėms. Taip pat būtų galima įterpti genus į ląsteles, kurios, vykstant natūraliam genetinės medžiagos perkėlimui, jų taip ir negavo.

Tokios intencijos anaiptol nėra naujos. Tačiau, taikant CRISPR-Cas metodą, šansų jas įgyvendinti yra kur kas daugiau. Ankstesni metodai modifikuotuose genomuose palikdavo pėdsakų, dėl ko, pavyzdžiui, išsivystydavo atsparumas antibiotikams. O štai CRISPR-Cas metodu sukeltos mutacijos neįmanoma atskirti nuo tos, kuri atsiranda savaime. Būtent todėl JAV maisto ir vaistų administracija nurodė, kad šio proceso dariniai neturi būti žymimi kaip genetiškai modifikuoti produktai.

Anksčiau taikyti metodai buvo ypač neparankūs, kai tekdavo modifikuoti kelis to paties organizmo genus, nes to nebuvo galima atlikti niekaip kitaip, tik paeiliui modifikuojant genus vieną po kito. Taikant CRISPR-Cas metodą, keli genai gali būti modifikuoti vienu metu. Jau auginami grybai ir obuoliai, kurie, susilietę su oru, nesioksiduoja, t. y. neparuduoja. Kad būtų pasiektas toks rezultatas, reikėjo deaktyvuoti kelis genus iškart. Tokie obuoliai jau parduodami, ir jie nėra laikomi genetiškai modifikuotais organizmais.

Modifikacijos gali plisti

Aptariamą genų inžinerijos metodą ketinama pritaikyti ir kitose srityse. Genomo manipuliacijos procedūra, pavadinta gene drive, galėtų padėti sumažinti žalą, kurią sukelia įvairias ligas pernešantys vabzdžiai. Pavyzdžiui, atlikus tikslinę uodo – daugiausia žmonių pražudančio gyvio – gametos genų modifikaciją, jis nebegalėtų daugiau pernešti viruso ar parazitų.

Šiaip ar taip, CRISPR-Cas metodas turėtų būti taikomas labai atsargiai, įspėja A. Danchinas. Nežiūrint į tai, kad ši technologija gali duoti labai nemažos naudos kovojant su daugeliu mirtį nešančių ligų, ji taip pat gali kelti didelę – ir, tikėtina, visiškai neprognozuojamą – grėsmę. Pirmiausia, kadangi genomai dauginasi ir plinta vykstant reprodukcijai, norint pakeisti atitinkamas visos populiacijos savybes, reikėtų atlikti tik tam tikro skaičiaus jai priklausančių organizmų modifikacijas, ypač jei tų organizmų gyvenimo ciklas yra trumpas.

Maža to, atsižvelgiant į tai, kad kaimynystėje gyvenančios rūšys paprastai yra linkusios maišytis tarpusavyje, visai gali būti, kad vienos rūšies uodų genomo modifikacija ims sparčiai ir nevaržomai plisti tarp kitų rūšių. Gyvūnų genomų analizė rodo, kad tokių atvejų, kai genetiniai elementai įsibrauna į tam tikrą rūšį, sukeldami pavojų ekosistemos pusiausvyrai ir paveiktosios rūšies evoliucijai, praeityje jau būta (nors ir neaišku, kaip tai atsitiko). Turint galvoje, kad jau ir modifikavus uodų populiaciją kiltų grėsmių, neįmanoma nė įsivaizduoti, kokį pavojų, nesiėmus būtinų saugumo užtikrinimo priemonių, galėtų sukelti analogiški veiksmai su žmonių ląstelėmis, visų pirma – gonocitais.

A. Danchinas įsitikinęs, kad CRISPR-Cas technologija gali pakeisti pasaulį. Dabar, pasak jo, svarbiausia – užtikrinti, kad šie pokyčiai būtų į gera.