Tavaly októberben Dr. Tony Perry, a Bathi Egyetem molekuláris embriológiával foglalkozó kutatója olyan egereket hozott létre, amelyek a megszokott szürkésbarna helyett fehér bundával jöttek a világra. Nem ő volt az első; a tudósok az 1980-as évek vége óta tenyésztenek a laboratóriumokban ilyen egereket.
Igen ám, csakhogy míg ezeknek az ún. „génkikapcsolt” kísérleti állatoknak a létrehozása hagyományosan hosszú és körülményes procedúra, amelynek során DNS-szakaszokkal, embrionális őssejtekkel és bonyolult tenyésztési eljárásokkal kell bűvészkedniük a tudósoknak, Perrynek jóval egyszerűbben sikerült elérnie ugyanazt az eredményt. Egy új megoldást használt, amely 2012-es bemutatása óta alaposan felforgatta a nemzetközi tudományos életet.
Átszabhatjuk a DNS-ünket
A Crispr génhasító technológiát baktériumok immunrendszeréből fejlesztették ki, de 2013-ban kiderült, hogy emberi sejtekben is kiválóan használható. Különlegessége, hogy lehetővé teszi a sejtmag DNS-ének precíz és egyszerű átszabását; ha egy spermium, egy pete vagy egy embrió genomjának módosítására használják, a változtatások mindörökre beleégnek az ún. „csíravonalba”, így a megszülető gyerekek leszármazottai is örökölni fogják őket.
Perry kísérlete egyedi volt, hiszen a korábbi gyakorlattal ellentétben ő nem egy egysejtes állapotban lévő egérembrió DNS-ét változtatta meg, hanem még a megtermékenyítési folyamat közben, a spermával együtt injekciózta be a Crispr-proteineket a petesejtbe. Ezt az intracitoplazmatikus spermiuminjektálásnak (ICSI) nevezett technikát egyébként a lombikbébi-beavatkozásoknál (IVF) is széles körben használják.
Fehérjékkel hasítják ki a géneket
„Ez vagy az ehhez hasonló módszerek egy nap lehetővé tehetik az emberi genom célzott módosítását” – írta a Scientific Reports című folyóiratban Perry. A tudós hangsúlyozta, ha az emberi csíravonal módosítása széles körben elterjedt gyakorlattá válik, a géntechnikusoknak is hasonló módszereket kell majd alkalmazniuk.
Kiirthatjuk az örökletes betegségeket?
Perryt szerint, ha a csíravonal módosítását a klinikai beavatkozások során is alkalmazzák majd, olyan „szuperbébiket” teremthetünk, amelyek teljesen védettek lesznek bizonyos betegségekkel szemben. Egy nap akár a BRCA1 gén rosszindulatú mutációját is kiiktathatjuk, véget vetve a mellrákra való hajlam átöröklődésének. „Képesek leszünk gyökerestül kiirtani [a mellrákra való hajlamot] az utódainkból” – magyarázta a Guardiannek nyilatkozva a kutató.
A Crispr tulajdonképpen úgy működik, mint egy kifinomult, molekuláris méretű olló. A DNS-t egy enzim hasítja ketté, amelyet egy speciálisan átalakított, rövid RNS-szakasz irányít. Mivel a DNS-vágó enzimet Cas9-nek hívják, a módszert Crispr-Cas9-ként is emlegetik a kutatók.
A DNS kettévágása után a sejt mindent megtesz annak érdekében, hogy a lehető leggyorsabban megjavítsa az elmetszett szakaszt, de mivel nem mindig képes elég pontosan elvégezni ezt a munkát, gyakran előfordul, hogy a megcélzott gén inaktívvá válik. Hasonló, bár némileg bonyolultabb módszerrel már arra is képesek a kutatók, hogy kijavítsanak egy hibás gént, vagy épp a sejt önjavító mechanizmusait kihasználva teljesen új DNS-szakaszokat építsenek be a genomba.
Nagy-Britanniában már alkalmazzák
A csíravonal átalakítása erősen vitatott módszer; nem véletlen, hogy egyelőre még gyógyászati célokra sem igen használják. Peter Mills, a brit Nuffield Bioetikai Tanács igazgatóhelyettese hangsúlyozta, hogy amióta a hetvenes években kifejlesztették a géntechnológiát, „meglehetősen egyöntetű” konszenzus alakult ki azzal kapcsolatban, hogy az emberi genom ilyetén módon történő átalakítása megengedhetetlen; annál is inkább, mivel sokan óvnak attól, hogy „Istent játsszunk” és „designer bébiket” hozunk létre.
A módszert egyébként az UNESCO is elfogadhatatlannak tartja. A világszervezet humán genomról és az emberi jogokról szóló egyetemes nyilatkozata szerint a csíravonal módosítása „nem fér össze az emberi méltósághoz való joggal”.
A fenti aggodalmak ellenére a brit kormány tavaly februárban úgy döntött, engedélyezi, hogy a klinikákon ún. „mitokondriális helyettesítési eljárást” végezzenek. Ez a módszer maga is egyfajta csíravonal-terápia, amely megóvhatja az embriókat az olyan betegségektől, amelyeket – mint például a korai vakságot okozó Leber-féle optikus neuropátiát – mitokondriális DNS-mutációk okoznak. A törvényhozók azzal indokolták a döntésüket, hogy az a kevés DNS, ami a mitokondriumban található, nem a sejtmagban, hanem azon kívül van. Márpedig a tudósok szerint a sejtmag DNS-e „tesz minket azzá, akik vagyunk”, így ha ehhez nem nyúlnak, emberminőségünkben sem eshet kár.
Genetikai forradalom jöhet
Az új genomeditáló megjelenése arra ösztönözheti a genetikusokat, hogy komolyan fontolgatni kezdjék a humán géntechnológiai eljárások kifejlesztését. Mint a Guardian írta, még soha nem volt ennyire hatékony és megbízható eszköz a kezükben; igaz ugyan, hogy más megbízható technológiák – mint a Zinc Finger Nuclease (ZFN) vagy a Talen – már évekkel ezelőtt megjelentek a piacon, de egyik sem olyan olcsó és könnyen kezelhető, mint a Crispr. Dr. Dana Caroll, a Utahi Egyetem biokémikusa szerint a megoldás felgyorsíthatja a tudományos kutatást és az új genetikai alkalmazások kifejlesztését. „Küszöbön áll a [genetikai] forradalom – jelentette ki. A technológiai nagyon gyors ütemben fejlődik.
Az emberi genom módosításának lehetősége számos kutatót komolyan megijesztett. Annál is inkább, mivel egy múlt hónapban megjelent tanulmány szerint Kínában már el is kezdték a Crispr emberi embriókon végzett tesztelését. (A kínai genetikusok a béta-thalassaemia nevű betegséget okozó génhiba kijavításával kísérleteztek, olyan életképtelen embriókon, amelyeknek nem volt esélye arra, hogy megszülessenek, a szerk.)
Belenyúlhatunk a genomunkba
Nem véletlen, hogy márciusban egy, a Science-ben megjelent publicisztikában több amerikai tudós, köztük Jennifer Doudna, a Berkley Egyetem kutatója, a Crispr egyik kifejlesztője, határozott lépéseket javasolt annak érdekében, hogy „határozottan elejét vegyék” az olyan csíravonal-terápiákkal való kísérletezéseknek, amelyek következtében genetikailag módosított emberek jöhetnek a világra. Mint írták, a technológia ugyan ígéretes, de a nemzetközi tudóstársadalomnak és a törvényhozóknak valamennyi, a genomszerkesztéssel kapcsolatos társadalmi és etikai kérdést mérlegelniük kell, mielőtt zöld utat adnának az ilyen kutatásoknak.
Egy másik tudóscsoport még szigorúbb intézkedéseket javasolt. Mint írták, mivel egyelőre nem tudhatjuk, hová vezethet az emberi embriókkal valók kísérletezés, nemzetközi kutatási moratóriumot kellene kiírni erre a területre. Véleményük szerint egy „módosított emberi lény” megszületése komolyan árthatna a felnőttek és gyerekek esetében alkalmazott, örökletes változásokat nem okozó génterápiák kifejlesztésének.
A felnőttek is kezelhetők lehetnek
A kutatók hangsúlyozzák, hogy a Crispr segítségével számos, eddig gyógyíthatatlan betegség gyógyíthatóvá válhat akkor is, ha nem reproduktív, hanem ún. „szomatikus”, tehát már a kifejlett testet alkotó sejtekben alkalmazzák a megoldást. Ezeknek az élő, osztódásra képes sejteknek a genetikai szerkesztése szintén maradandó pozitív hatásokkal járhat; igaz, ezek később nem öröklődnek át az utódokra, de éppen ezért klinikai alkalmazásuk sem annyira aggályos. „Nem terhelik azok a súlyos etikai dilemmák, mint a csíravonal-módosítást” – magyarázta Dana Carroll.
A probléma az, hogy a Cripsr szomatikus sejtekben való használata jóval bonyolultabb eljárás, mint a csíravonal átszabása. Mivel a kifejlett emberi test billiónyi különféle típusú sejtből áll, a kutatóknak meg kell találniuk a módját, hogy elegendő beteg sejtet tudjanak átszabni vele ahhoz, hogy érvényesülhessen a terápiás hatás.
Mivel a technológia nagyon friss, még nem indultak el a kifejlett emberi sejtek módosításával kapcsolatos klinikai kísérletek, de Jennifer Doudna bízik abban, hogy néhány éven megváltozhat ez a helyzet. „Ha minden jól megy, egy évtizeden belül új és az eddigieknél fejlettebb gyógyászati eljárásokkal állhatunk elő” – hangoztatta. Mint mondta, rendkívül bíztató, hogy a laboratóriumokban már vizsgálják az olyan betegségek gyógyításának lehetőségeit, mint a sarlósejtes anémia, a súlyos kombinált immunhiányos betegség (SCID), a béta-thalassemia, a vérzékenység, az izomsorvadás vagy épp a cisztás fibrózis.
Génterápia és genomszerkesztés
Az elmúlt években több, a Crispr-technológia licencelésére szakosodott biotech-vállalat is alakult, köztük az Editas Medicine, a Crispr Therapeutics és az Intellia Therapeutics. Egyelőre egyikük sem hozta nyilvánosságra, hogy milyen betegségek gyógyítására fókuszálnak; viszont javában pereskednek egymással a technológia jogaiért. Az Intellia az egyetlen, amelynek sikerült megegyeznie egy nagy egészségügyi céggel: ők a Novartis gyógyszervállalattal közösen a rák és a vérsejtek genetikai rendellenességeiből adódó betegségek gyógyításának lehetőségeit kutatják.
A genomszerkesztés egyfajta továbbfejlesztése a hagyományos génterápiának, amelyet még a kilencvenes években dolgoztak ki az ún. „monogénes”, egyetlen gén vagy fehérje hibája okozta betegségek kezelésére. A génterápiát a DNS-szerkesztéshez hasonlóan sokáig meglehetős bizalmatlansággal szemlélték a törvényhozók és az orvosok – egészen addig, amíg 2012-ben Európában is engedélyezték, hogy ilyen módszerrel kezeljenek egy beteget. A páciens egyébként egy meglehetősen ritka betegségben szenvedett: hiányzott a szervezetéből a zsírmolekulák lebontásához szükséges protein.
A génterápia során egy teljes, működő génmásolatot juttatnak be a szervezetbe, amely aztán találomra beépül valahol a genomba, hogy átvegye a kiváltani kívánt hibás DNS-szakasz feladatát. A genomszerkesztés merőben más megközelítést alkalmaz: képes pontosan megcélozni, és kikapcsolni vagy kijavítani a hibás géneket. Így biztosítható, hogy a megfelelő helyen épüljön be, és ne akadályozza a többi gén normális működését: ne okozzon betegségeket vagy rendellenességeket. „Minden megmarad a maga természetes rendjében” – húzta alá Jennifer Puck, a Kaliforniai Egyetem SCID-kutatással foglalkozó tudósa.
Gyógyíthatatlannak hitt betegségeket is legyőzhetünk
A Crispr klinikai alkalmazásával kapcsolatos egyik legnagyobb probléma az, hogy hogyan juttassuk be a géneket – vagy az azok átszabásához szükséges fehérjéket – a sejtekbe. A kutatók számos különféle hordozóanyaggal kísérleteznek, köztük módosított vírusokkal és nanorészecskékkel is, de sajnos egyelőre egyik sem működik megbízhatóan. „A szakemberek nagyon keményen dolgoznak azon, hogy megoldják ezt a problémát – fejtegette Doudna. – De sok még a tennivaló.”
A sejtek módosítása jóval egyszerűbb akkor, ha ki tudják őket vonni a szervezetből. Így könnyebben megtisztíthatják, tenyészthetik őket, és genomszekvenálással azt is ellenőrizhetik, hogy sikeres volt-e a beavatkozás. Mivel az orvosok igen gyakorlottak a vér és a vér-őssejtekben gazdag csontvelő levételében, a sejtek izolálásában és visszaültetésében, valószínű, hogy a Crispr eleinte főleg olyan betegségek kezelésében kap majd fontos szerepet, amelyeket – mint a mint a sarlósejtes anémiát, az SCID-t és a béta-thalassemiát – a vérsejtek genetikai elváltozásai okoznak. Azoknak a betegségeknek a kezelése, amelyek esetében (pl.: a vérzékenységnél, az izomsorvadásánál vagy a cisztás fibrózisnál – nem távolíthatók el a kezelni kívánt sejtek a testből, már nehezebb feladat lesz.
Elképesztő lehetőségek
Ahhoz, hogy pontosabb képet kaphassunk arról, milyen lehetőségek is rejlenek a Crispr-ben és a hozzá hasonló technológiákban, érdemes kicsit közelebbről megismerkedni a Sangamo Biosciences munkájával. A cég szakemberei ma már klinikai kísérletek keretében vizsgálják, hogyan lehetne a szomatikus sejtek módosításával gyógyítani korunk egyik lehírhedtebb betegségét, a HIV-fertőzést. „A célunk az hatékony gyógymódot fejlesszünk ki a HIV ellen” – mondta Edward Lanphier, a vállalat vezető kutatója. Mint mondta, közel állnak egy olyan terápia kifejlesztéséhez, amely lehetővé tenné a fertőzöttek számára, hogy hosszú éveken keresztül antiretrovirális gyógyszereket kelljen szedniük.
Legyőzhetjük retteget HIV-vírust?
A Sangamo kutatói nem a Crispr-t hanem egy régebbi, de hasonlóan hatékony technológiát, a ZFN-t használják. Céljuk az, hogy egy természetes, de ritka mutáció lemásolásával kikapcsolják a T-sejtekben található CCR5 gén működését és ezzel immunissá tegyék a pácienseiket a HIV-fertőzéssel szemben. A CCR5 kiiktatása azért fontos, mert egy olyan fehérjét termel, amely lehetővé teszi a vírusoknak, hogy megfertőzzék a sejteket. A tudósok azt remélik, hogy ha elegendő ilyen ZFN-módosított T-sejtet tudnak visszaültetni a betegek szervezetébe, eléggé felfegyverezhetik a immunrendszert ahhoz, hogy legyőzze a betegséget .
Halhatatlan szuperembereket teremthetünk?
Vannak, akik szerint a Crispr nem csak a betegségek legyőzésére, hanem a „továbbfejlesztett emberek” megalkotására is felhasználható lenne. Elvégre ismerünk olyan génvariánsokat, amelyek erősebb csontozatot eredményeznek, csökkentik az Alzheimer-kór kockázatát, vagy épp rezisztensé tehetnek minket az olyan vírusokkal szemben, mint a HIV. És túl ezen, miért ne hosszabbítanánk meg az élettartamunkat, javítanánk fel az érzékszerveinket vagy tökéletesítenénk a fizikai tulajdonságainkat, ha megtehetjük? „Biztos vagyok benne, hogy vannak olyanok, akik szívesen legyőznék ezeket a tipikusan emberi korlátokat” – mondta Dana Carroll.
A szakember hangsúlyozta, hogy ennek ellenére nem kell tartanunk attól, hogy hirtelen emberfeletti képességekkel rendelkező, laboratóriumban gyártott szuperemberek árasszák el a világot. „Ezek a fajta, több gén által meghatározott tulajdonságok nagyon nehezen módosíthatók. Annál is inkább, mivel még azt sem tudjuk, pontosan milyen mechanizmusok alakítják őket – arról már nem is beszélve, hogy milyen következményei lennének annak, ha belepiszkálnánk a működésükbe” – jelentette ki.
