A CRISPR rendszer nem egy laboratóriumban, hanem a természetben, az evolúciónak köszönhetően született meg. A bizonyos baktériumok genomjában megtalálható ismétlődő DNS-szakaszokat az 1980-as évek végén fedezték fel, az elkövetkező évtizedekben pedig egyre jobban feltérképezték a technológia jelentőségét, és a benne rejlő lehetőségeket.
A baktériumokban a CRISPR minden szekvenciáját egy olyan szakasz követ, amely egy korábban megismert vírus vagy plazmid genetikai információját tartalmazza. Ezen szakaszok alapján a mikroorganizmusok Cas fehérjéi képesek azonosítani és szétvágni a szervezetben megjelenő idegen nukleinsavakat.
A CRISPR/Cas tehát egyfajta immunrendszerként működik, amely segíti a baktériumokat a kórokozókkal szembeni védekezésben.
Kicsit bonyolult? Megpróbáljuk elmagyarázni.
- Mikor szakemberünk (vagyis a CRISPR/Cas rendszer) egy új szövettel (a baktériumot támadó idegen szervezettel) találkozik, előbb alaposan szemügyre veszi azt,
- majd egy olló (vagyis egy bizonyos Cas protein) segítségével kimetsz egy könnyen kezelhető darabot (azaz egy rövid DNS- vagy RNS-szakaszt).
- Ezt a kivágott anyagot aztán egy tűvel (vagyis egy újabb Cas enzimtípussal) bevarrja a készülő ruhába (azaz a CRISPR DNS-szakaszai közé).
- Kezdő szabónk idővel egyre több szövettípussal találkozik. Mikor ismét belefut egy már ismert anyagba, pontosan tudni fogja, hogyan is érdemes bánni az adott szövettel.
- Azt, hogy az egyes folyamatokhoz milyen ollót (Cas fehérjéket) használ, szakembertől függ (azaz az adott CRISPR/Cas változattól).
- A második típusban például egy multifunkcionális szerszám van szabónk kezében. Ebben a verzióban ez a szerszám (Cas9 enzim) lát el minden feladatot: ez ismeri fel a különböző idegen szervezeteket, ez szabdalja szét a nukleinsavakat, és ez illeszti be a CRISPR szakaszai közé a kivágott szekvenciákat.
Fotó: Thinkstock
Közeledünk a biohekkerek korához
A 2000-es évektől egyre több kutatócsoport kezdett el foglalkozni a kérdéssel, hogy milyen módon tudnák hasznosítani a lenyűgözően precíz génvagdosó rendszert.
Az első komolyabb áttörés 2012-ben jött el. A Martin Jinek vezette csapat egy tanulmányban ekkor vetette fel először, hogy a CRISPR/Cas9 típust felhasználhatnák irányított génszerkesztésre. Az ötlet az volt, hogy a Cas9 segítségével meghatározott helyen vágják el a genomot, majd egy mesterségesen bevitt mintával vegyék rá a sérült DNS-t, hogy a kívánt módon javítsa meg önmagát. A publikáció hatására több csoport is belekezdett a kísérletezésbe.
2014-ben Tony Perry kollégáival már a megtermékenyítési folyamat közben fecskendezte be a Cas9 enzimet egerek petesejtjeibe. Ez komoly előrelépés volt: korábban csak egysejtes állapotban lévő embriókon tesztelték a módszert. Perry kísérletének célja – hogy a petesejtekből ne szürkésbarna, hanem fehér egerek szülessenek – elsőre nem tűnik igazán jelentősnek. A teszt azonban bebizonyította, hogy a technika igenis életképes.
2015-ben Puping Liang kollégáival emberi embriókkal kezdett kísérletezni – a kínai kutatás természetesen komoly vitát váltott ki. A vizsgálat elsődleges célja az volt, hogy felmérjék, miként reagál az emberi DNS a beavatkozásra.
2016 nyarán már az Egyesült Államokban is engedélyezték az emberi teszteket, azóta pedig mind a kínai, mind az amerikai szakértők apró, de fontos eredményeket értek el.
Sőt, a sikereken felbuzdulva az utóbbi időkben már nemcsak feszes előírásokat követő kutatócsoportok, hanem biohekkerek is belekezdtek a génszerkesztésbe. Ezek a magánszemélyek nagy kockázatot vállalva önmagukon hajtanak végre génszerkesztést – hogy tesztjeik milyen eredményeket hoznak, az idővel kiderül.
Mire a nagy felhajtás?
Bár a CRISPR/Cas génszerkesztés még abszolút gyerekcipőben jár, az eddigi eredmények azt mutatják, hogy a nem is olyan távoli jövőben hatalmas szerepet kap majd a módszer. Az eljárás segítségével ugyanis egy napon leküzdhetővé válhat sok, ma még komoly problémát okozó betegség.
2016 novemberében a Lu Ju vezette csapat egy olyan gént semlegesített egy tüdőrákkal diagnosztizált betegben, amely gátolta a kezelések hatékonyságát. Tavaly pedig Shoukhrat Mitalipov és kollégái emberi embriókban iktattak ki egy olyan gént, amely egy viszonylag gyakori szívbetegséget, hipertrófiás kardiomiopátiát okoz. A kísérletben az embriókat természetesen csak néhány napig hagyták fejlődni.
Az eddigi vizsgálatok mind kezdetlegesek voltak, hiszen csak egy-egy tényezőt céloztak meg, az viszont már most biztatónak tűnik, hogy a kutatók képesek bizonyos géneket semlegesíteni.
Ilyen betegség többek közt a Huntington-kór, melyet a HTT nevű gén mutációja váltja ki.
A technikát azonban nemcsak az emberi szervezetben, hanem állatokban is érdemes lehet alkalmazni – olyan élőlényekben, melyek veszélyes kórokozókat terjesztenek. A megfelelő gének módosításával egy nap korlátozhatnánk a szúnyogok terjedését, ezzel pedig olyan betegségeket állíthatnánk meg, mint amilyen a malária.
A CRISPR-alapú eljárások emellett az adattárolásban is forradalmat hozhatnak el, élő baktériumokba például már sikerült beültetni egy GIF-et Cas1 és a Cas2 proteinek alkalmazásával.
Csak óvatosan!
A CRISPR/Cas módszer természetesen még messze nem tökéletes, a bevett klinikai használatra még bizonyosan éveket kell várni. Egyelőre ugyanis sok a megválaszolatlan a kérdés a technikával kapcsolatban.
Egy 2017 májusában ismertetett vizsgálat például felfedte, hogy A beavatkozás során ugyanis a szerkesztett genom kezeletlen részein nem kívánt sérülések jelentkeznek. Bár a tanulmány nem mutatott ki észlelhető mellékhatásokat, a felfedezés mégis azt jelenti: érdemes körültekintően használni a technikát.
A génszerkesztés emellett olyan aggályokat is felvet, melyekre elsőre talán nem is gondolnánk. A Nemzetközi Doppingellenes Ügynökség például tavaly októberben jelentette be, hogy 2018-tól szigorítani fogja a sportolók génszerkesztésének szabályait. A döntés hátterében többek közt a CRISPR-alapú technikák gyors fejlődése áll.
Fontos kiemelni azt is, hogy nem csupán a CRISPR tölt be fontos szerepet a génszerkesztés területén. Bár a módszer az elmúlt évtizedben kétségtelenül sokat fejlődött, az utóbbi években más eljárásokkal is sikerült értékes eredményeket elérni.
A TALEN megfelelő sejtterápiával kombinálva például egy nap kiváló eszköz lehet a leukémia elleni harcban. Egy tavaly decemberben ismertetett kísérlet során pedig egy olyan gyógyszert használtak, amely géncsendesítéssel üti ki a Huntingtont okozó HTT-t.
Kiemelt kép: Thinkstock
