r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a

Wstępniak na nowy tydzień: nadchodzi era biohakera. Co zrobisz z… DNA 2.0?

Strona główna AktualnościDOBREPROGRAMY

Zamiast pisać dla Was w zeszłym tygodniu wstępniaka, intensywnie chorowałem na klasyczną grypę. Informatyk mógłby powiedzieć, że uruchomiony na hoście wrogi kod próbował przejąć jak największą ilość zasobów gospodarza, a tenże, wykorzystując nagromadzone przez setki milionów lat ewolucji życia na tej planecie techniki, robił co mógł, by opanować sytuację i zneutralizować szkodnika. Chorowanie na grypę dało czas, by poczytać trochę o tym, co interesującego dzieje się w świecie biologii molekularnej i biotechnologii. Trochę w tej kwestii „wypadłem z obiegu”, a tymczasem wygląda na to, że stoimy w obliczu nowej rewolucji naukowo-technicznej, która dosłownie może zmienić nasze życie. W tym roku pojawiły się narzędzia, za pomocą których w warunkach wręcz domowych możliwe będzie praktycznie dowolne modyfikowanie organizmów żywych – i już widać że bioetycy są przerażeni, wzywając do powołania międzynarodowych ciał, które ochronią nas przed biohakerami tworzącymi organizmy, o których w Księdze Rodzaju nie ma ani słowa. Panie i panowie, Crispr/Cas9 zapowiada się na najważniejszą z nowych technologii, jakie pojawiły się dotąd w tym stuleciu, osiągnięcie które będziemy wymieniać jednym tchem obok radia, bomby atomowej, komputera i Internetu.

Zacznę od krótkiego wprowadzenia w to nowe narzędzie, o którym w tym roku opublikowano już kilkaset naukowych artykułów, i które wydaje się pozwalać na wszystko to, co obiecywało nam (czy też czym straszyło nas) science-fiction – designerskie organizmy, targetowane bronie biologiczne, hegemonizujące mutanty, uniwersalne leki, sterowaną ewolucję i eugenikę. W największym uproszczeniu, Crispr/Cas9 pozwala na szybkie i tanie przenoszenie genów między praktycznie dowolnymi organizmami. Już dziś skutecznie wykorzystano tę metodę do zablokowania namnażania się komórek rakowych, zniszczenia wirusa odpowiedzialnego za wirusowe zapalenie wątroby typu C, odwrócenia mutacji powodujących ślepotę, stworzenia zboża odpornego na zabójcze pleśnie, zaprojektowania drożdży, które przekształcają roślinną materię w czysty alkohol etylowy, a nawet złamania Praw Mendla przekazywania cech dziedzicznych.

Zaczęło się od odkrycia japońskich biologów z 1987 roku. Wtedy to w genomie bakterii E. Coli zidentyfikowano swoiste sekwencje genetyczne, które nazwano Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) – po polsku „zgrupowane, regularnie przerywane, krótkie powtórzenia palindromiczne”. Wyróżniają się obecnością krótkich, palindromicznych (a więc przynoszących taki sam wynik niezależnie od kierunku odczytu) sekwencji, oddzielonych od siebie przerwami lub łącznikami. Przed taką sekwencją występuje specjalna sekwencja „liderowa”, funkcjonująca jako promotor genetycznej transkrypcji. Jeszcze wcześniej zaś dostajemy grupę genów, kodującą białka CAS (CRISPR Associated Sequence) wykorzystywane w głównym zastosowaniu CRISPR.

r   e   k   l   a   m   a

Tym zastosowaniem jest ochrona bakterii przed wrogim DNA czy RNA, działająca w bardzo pomysłowy (powiedziałby kreacjonista) sposób. Białka CAS, gdy natrafią na obcy materiał genetyczny (np. pochodzący od wirusa), łączą się z nim i rozcinają na krótkie łączniki. Niektóre z tych łączników zostają wbudowane w sekwencję CRISPR między liderem a pierwszym z odcinków palindromicznych. Cały ten odcinek zostaje poddany transkrypcji na pojedynczą nić RNA. Zostaje ona następnie pocięta na krótkie odcinki (crRNA), zawierające łącznik otoczony z obu stron po równo połową odcinka powtórzeniowego. Takie crRNA łączą się z białkami CAS, stając się zdolne do oznaczania obcego kodu genetycznego o dopełniającej je sekwencji. Jeśli więc bakteria zostanie zainfekowana przez kolejnego wirusa, to już jej „system odpornościowy” jest gotów do akcji – dysponuje zestawami cRNA/CAS, które potrafią tak połączyć się z wirusowym DNA/RNA, że staje się ono nieszkodliwe. Oczywiście zapewne w większości wypadków komórka bakteryjna zginie, zanim zdoła przeprowadzić ten proces, ale nic nie szkodzi, niech przetrwa choć jedna, a już wszystkie komórki potomne będą odporne na danego wirusa.

Kolejne lata przyniosły odkrycie CRISPR u kolejnych bakterii i organizmów jednokomórkowych, jak i zrozumienie roli, jaką odkrywa ten mechanizm. Długo widziano tylko teoretyczne znaczenie tego mechanizmu, aż do 2012 roku, kiedy to zespół biologów molekularnych z Uniwersytetu w Berkeley ogłosił, że przerobił system odpornościowy bakterii w nowe narzędzie do edycji genów. Składało się na niego oprócz CRISPR białko o nazwie Cas9 oraz hybrydowe RNA, za pomocą którego można było wykryć, wyciąć i zastąpić dowolną sekwencję genów. To wystarczyło, by uruchomić lawinę badań.

Rok 2013 przyniósł prace pokazujące, jak Crispr/Cas9 pozwala na edycję DNA w komórkach człowieka, myszy, świni, kozy i krowy i jak za pomocą pojedynczej nici RNA przeprogramować wiele miejsc DNA jednocześnie. Opracowano też technikę pozwalającą zwiększyć dokładność zapisu nawet 1500-krotnie, a także znaleziono sposoby na modyfikowanie rozwijających się embrionów – zaczęto od jedwabników i żab. W 2014 kolejna technika miała zwiększyć dokładność targetowania 5 tys. razy, znaleziono metodę na wykorzystanie Crispr/Cas9 do wykrycia onkogennych genów w ludzkich komórkach, aż w końcu Chińczykom udało się doprowadzić do narodzenia się pierwszych organizmów, które zostały w fazie embrionalnej w ten sposób zmienione. Nie byle jakich zresztą organizmów – były to dwie małpki makaki.

Prawdziwą burzę przyniósł jednak ten rok. Znów chiński zespół pochwalił się wyeliminowaniem choroby genetycznej u myszy, edytując za pomocą Crispr/Cas9 komórki rozrodcze – co oznacza, że zmiany tak wprowadzone dotyczyć będą wszystkich organizmów potomnych. Chwilę później Amerykanie pokazali, jak sterować za pomocą tej metody epigenomem, czyli zestawem chemicznych modyfikacji DNA, który steruje ekspresją genów w trakcie rozwoju organizmu, i również jest dziedziczny. Po tym wszystkim musiała nastąpić panika. Na łamach Nature i Science uczeni z USA i Europy wezwali do ostrożności w pracy z Crispr/Cas9 i zaniechania prób modyfikacji ludzkich komórek rozrodczych. Jak się można spodziewać, wychowani na „nieco” innych wartościach Chińczycy specjalnie się wezwaniem tym nie przejęli, wkrótce jeden z ich zespołów badawczych przedstawił wyniki prac na zmutowanych ludzkich embrionach – co prawda uznając, że trzeba jeszcze dopracowania tej techniki, ale zarazem wskazując na jej potencjał dla definitywnego wyeliminowania chorób dziedzicznych.

Być może, gdyby jeszcze Crispr/Cas9 był skomplikowaną techniką, dostępną tylko dla największych instytutów, które łatwo mieć na oku, biokonserwatyści nie byliby tak zaniepokojeni. Problem jednak w tym, że wszystko to można robić niewielkim kosztem nawet w uczelnianym laboratorium (ocenia się, że łączna cena nie przekracza 30 dolarów). Dla porównania, dotychczas stosowana technika ingerencji w DNA organizmów wyższych, tzw. nukleazy z motywem palca cynkowego, kosztowały ok. 5 tys. dolarów za operację. Do tego dochodzi powszechna dostępność darmowego oprogramowania do projektowania sterującego RNA dla Crispr/Cas9 (artykuł w Wikipedii wymienia już 11 takich aplikacji) oraz baz danych z genomami zmodyfikowanych organizmów. Nic dziwnego, że magazyn Science uznał Crispr/Cas9 w końcu za Odkrycie Naukowe Roku 2015.

Co teraz? Co prawda dwa tygodnie temu w Waszyngtonie odbyła się konferencja International Summit on Human Gene Editing, podczas której Amerykanie, Chińczycy i Brytyjczycy dyskutowali m.in. o etyce modyfikacji ludzkich komórek rozrodczych, ale trudno powiedzieć, by uzyskano jakiekolwiek wiążące rozstrzygnięcia ponad miło brzmiące deklaracje o konieczności prowadzenia badań pod odpowiednim nadzorem. Ujawnia się za to coś zupełnie innego. Skoro kosztujące 35 dolarów Raspberry Pi mogło przyciągnąć setki tysięcy ludzi do zabawy elektroniką, robotyką, systemami sterowania, to co może zrobić tak tania i łatwa technika genetyczna? Co, gdy za biomodyfikacje wezmą się hobbyści, zamawiający z Sieci gotowe zestawy narzędzi i informacji genetycznej, by modyfikować dostępne pod ręką organizmy żywe?

W grudniowym numerze The American Journal of Bioethics opublikowano artykuł pt. CRISPR Critter and CRISPR Cracks, którego autorzy przyglądają się pozaludzkim zastosowaniom nowej techniki, które zostaną zapewne przeoczone przez prawodawców, jako nieoczekiwane, niezrozumiałe, a nawet „frywolne”. Ich zdaniem biohakerzy zaczną tworzyć w swoich domach odtwarzać organizmy wymarłe, powoływać do życia stworzenia, jakich nigdy nie było – włącznie z jednorożcami i chińskimi smokami (kto bogatemu zabroni), wymyślać biologiczne dzieła sztuki i na własną rękę brać się za zwalczanie różnych chorób. Nasz świat po biohakerskiej rewolucji nie będzie już taki sam. Niemożliwe? Firma AppliedStemCell oferuje właśnie świąteczną zniżkę na gotowe pakiety do zrobienia twojego własnego transgenicznego szczura. Wolny rynek zweryfikował – póki co rządowe agencje nie wiedzą, kto miałby się kwestią regulacji zająć, Crispr/Cas9 nie jest w końcu ani lekiem, ani pestycydem, wymyka się prawu. Zanim to prawo powstanie, całkiem możliwe że ludzie, którzy dziś wstrzykują sobie syntetyczne hormony by zwiększyć sportową wydajność czy połykają smart-leki, by zwiększyć inteligencję, jutro zmienią swoje DNA tak, by ich organizmy zaczęły funkcjonować inaczej… lepiej. Witaj, Nowy Wspaniały Świecie, w którym z Zatoki Piratów ludzie będą pobierali nielegalne pakiety informacji genetycznej.

I tym optymistycznym (lub pesymistycznym, jak kto woli) akcentem kończę wstępniak, zapraszając do kolejnego tygodnia z naszym portalem. Będzie oczywiście świątecznie, o czym przekonacie się już niebawem (a ja już teraz pozwolę sobie życzyć Wam szczęśliwych, rodzinnych i pełnych nadziei Świąt Bożego Narodzenia), ale nie tylko. Dalej będziemy eksperymentowali z Raspberry Pi, pokażemy ile warte są hasła Wi-Fi, gdy pod ręką mamy dobrą kartę graficzną, przyjrzymy się też kolejnym twierdzeniom sprzedawców nowoczesnych telewizorów. Do tego oczywiście newsy, testy i regularnie – nowe programy w naszej bazie.

© dobreprogramy
r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a

Komentarze

r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a
Czy wiesz, że używamy cookies (ciasteczek)? Dowiedz się więcej o celu ich używania i zmianach ustawień.
Korzystając ze strony i asystenta pobierania wyrażasz zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.