U posljednjih pet godina u molekularnoj biologiji događaju se seizmičke promjene izazvane revolucionarnom tehnologijom CRISPR-Cas9. Tehnologija je otkrivena 2012. godine, a znanstvenici koji su je otkrili - Jennifer Doudna, Emmanuelle Charpentier i Feng Zhang - već gotovo pet godina vode borbu za patentna prava. CRISPR-Cas 9 jest metoda koja omogućava ciljano modificiranje ili zamjenu jednog ili više gena. Ova tehnologija znanstvenicima omogućava da na točno određenom mjestu u DNK izrežu neki dio, neki neispravan gen, i eventualno ga zamjene drugim, ispravnim ili korisnim. Prednost tehnologije njezina je relativna jednostavnost, visoka preciznost i učinkovitost, pa je primjenu već našla ne samo u razvoju novih terapija, uključujući i liječenje raznih vrsta tumora, nego i u poljoprivredi te biotehnologiji.
Kako ‘radi’ CRISPR-Cas9?
Sustav CRISPR-Cas9 sastoji se od dvije komponente: CRISPR regije u genomu i Cas9 proteina. CRISPR je zapravo prirodni mehanizam koji mnoge bakterije koriste za obranu od virusa. Znanstvenici su još 1987. godine uočili da se neki dijelovi DNK bakterija višekratno ponavljaju na neobičan način te da između njih uobičajeno dolaze neki jedinstveni međunizovi. Ovakva neobična konfiguracija nazvana je CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats). Mali komadi virusne DNK ugrađuju se i čuvaju unutar CRISPR regije bakterijskog genoma i tako bakterija “pamti” kojim je virusima prije bila izložena. Drugi dio sustava je protein za cijepanje DNK koji se zove Cas9, a koji može pretražiti, izrezivati, a time i uništiti virusni DNK na specifičan način. Jennifer Doudna i Emmanuelle Charpentier 2012. godine otkrile su da se protein Cas9 može dizajnirati za cijepanje DNK na točno odabranom mjestu, što je otvorilo put nizu primjena.
Primjena tehnologije u medicini
- Sama metoda izmjene genetičke informacije temeljena na sustavu CRISPR-Cas otvorila je mnoge mogućnosti u preciznom ciljanju i promjeni točno određenog dijela molekule DNK, što otvara i mnoge mogućnosti u medicinskoj primjeni, u slučajevima kad je točno poznat genetički uzrok određene nasljedne bolesti i kad je takav uzrok ograničen na promjene u malom broju gena, a uglavnom se radi o jednom genu koji sadrži patološku mutaciju - pojasnio je prof. Kristian Vlahoviček, molekularni biolog Prirodoslovno-matematičkog fakulteta (PMF) u Zagrebu.
Posljednjih pet godina korištena je u razvoju terapijskih pristupa u liječenju HIV/AIDS infekcije i hemofilije, no tehnologija ima veliki potencijal i u liječenju drugih bolesti, uključujući i rak. Prvi su metodu CRISPR u terapiji tumora upotrijebili kineski znanstvenici sa sečuanskog sveučilišta u Chendu. Oni su pacijentu oboljelom od agresivnog raka pluća ubacili genetski modificirane T stanice koje su trebale osnažiti njegov imunološki odgovor na tumor.
Može li se CRISPR-Cas 9 koristiti u biotehnologiji?
Vodeći svjetski tehnološki časopis Technology Review, koji izdaje Massachusetts Institute of Technology (MIT), predviđa da će u idućih pet do deset godina CRISPR imati široku primjenu kod uzgoja kultura otpornih na bolesti i nametnike. Iako se CRISPR već uspješno koristi kod biljaka, znanstvenici su još u fazi “proof of principle” (tzv. demonstracija izvedivosti), gdje se pokušava utvrditi koji je spektar problema koji se tom tehnologijom mogu riješiti. Uspješan primjer primjene CRISPR-Cas dolazi s Državnog sveučilišta Pennsylvania. - Tamošnjim istraživačima uspjelo je pomoću alata CRISPR-Cas inaktivirati polifenol oksidazu, enzim odgovoran za smeđenje, tj. oksidaciju narezanih jabuka, krumpira i sl. Inaktivirali su enzim konzumnih gljiva, nakon čega gljive nakon rezanja više nisu tako brzo smeđile. Iako zvuči banalno, ova modifikacija bitno će smanjiti gubitke konzumnih gljiva koje posmeđe zbog oštećenja prilikom transporta - kaže doc. dr. Nenad Malenica s PMF-a u Zagrebu i predsjednik Hrvatske udruge genetičkih inženjera (HUGI). Jedno od pitanja koja se postavljaju o primjeni CRISPR-a u biotehnologiji je regulativa pa bi uskoro Europski sud trebao donijeti odluku o tome kako regulirati usjeve modificirane pomoću te tehnologije.
Može li se CRISPR koristiti za modifikacije na embrijima?
Metoda je već korištena u modifikaciji defektnih gena. Prvi su to 2015. godine učinili kineski znanstvenici sa Sveučilišta Guangzhou. Oni su u “neupotrebljivim embrijima” (iz kojih se nikad ne bi razvilo ljudsko biće) iz obližnje klinike za medicinski potpomognutu oplodnju modificirali su gen za beta-talasemiju, potencijalno smrtonosnu bolest krvi. Prošloga ljeta dr. Shoukhrat Mitalipov i njegovi suradnici s Oregonskog zdravstvenog i znanstvenog sveučilišta u Portlandu pomoći CRISPR-a su genetski modificirali embrije tako da su popravili defekt na genu MYBPC3 koji dovodi do hipertrofične kardiomiopatije, vodećeg uzroka iznenadne smrti mladih sportaša. Također, prošle jeseni tim britanske znanstvenice dr. Kathy Niakan iz Instituta Francis Crick u Londonu koristio je tu metodu za ciljano mijenjanje DNK embrija prvih sedam dana nakon oplodnje kako bi proučila ulogu ključnih gena u ranom stadiju razvoja ploda.
Može li CRISPR dovesti do stvaranja djece željenih osobina?
Prof. Vlahoviček smatra da smo još daleko od stvaranja “dizajnirane djece”. - Osnovni razlog jest to što je poznavanje veze između genetičke informacije i većine svojstava još velika nepoznanica. Biološki sustavi su iznimno kompleksni i u njima vrlo rijetko postoji jednostavan odnos ‘ako promijenim bazu na mjestu X, dogodit će se Y’, stoga ostaje još mnogo posla u otkrivanju kako život funkcionira prije nego što će ga biti moguće proizvoljno mijenjati - istaknuo je Vlahoviček.
Ipak, etičke dvojbe oko primjene tehnologije CRISPR bile su povod konferenciji koju su u prosincu 2015. godine organizirale tri velike svjetske akademije: američka Nacionalna akademija znanosti, britanski Royal Society i Kineska akademija znanosti.
U zajedničkom priopćenju tri vodeće svjetske akademije pozvale su znanstvenike diljem svijeta na moratorij u primjeni tehnologije CRISPR zbog njezine nedovoljne sigurnosti. To je drugi put u povijesti da molekularni biolozi pozivaju na moratorij. Podsjetimo, 1975. godine, na poznatoj konferenciji u Asilomaru u Kaliforniji, zabrinuti su znanstvenici pozvali na regulaciju korištenja genetskog inženjerstva. No, kasnije se pokazalo da je to bila pretjerana mjera koja je usporila razvoj tehnologije.