Modyfikacje genetyczne w medycynie
Dr Krzysztof Chyliński – biolog
Tegorocznymi noblistkami z chemii zostały Francuzka Emmanuelle Charpentier i Amerykanka Jennifer A. Doudna, a pan znalazł się w ich zespole. W pracy doktorskiej, w laboratorium tej pierwszej, też charakteryzował pan „nożyce” molekularne do dzielenia łańcuchów DNA i wklejania nowych sekwencji. Regulamin nagrody przewiduje, że w dziedzinie chemii czy fizjologii i medycyny można obdarować najwyżej trzy osoby, więc obie panie podzieliły się milionem dolarów.
– Nagrodę przyznaje się prawie zawsze szefom zespołów badawczych. Tu też spekulowano, kto jeszcze mógłby dostać Nagrodę Nobla za „nożyce” CRISPR/Cas9, bo pracowało nad różnymi ich aspektami wiele zespołów. Wybór padł na Emmanuelle i Jennifer, z czego bardzo się cieszę. Jeżeli chodzi o zauważenie udziału mojego i innych młodych badaczy w odkryciu, to obie noblistki kilkakrotnie o tym mówiły. Za pracę doktorską pisaną w Wiedniu też otrzymałem kilka nagród, choć to była dużo mniejsza skala.
Pańska dysertacja doktorska była w pełni oryginalnym odkryciem?
– Tak, na tyle, na ile to możliwe, bo w nauce nie ma zwykle badań zupełnie oderwanych od wcześniejszych prac. Jest to nowy krok, bardzo innowacyjny, ale również w pewnych aspektach oparty na setkach innych prac opublikowanych wcześniej. W pracy używamy nie tylko wiedzy, ale i metod badawczych opisanych przez innych naukowców. Celem mojego doktoratu było zbadanie, jak system molekularnych „nożyc” opatrzony kryptonimem CRISPR/Cas9 działa w bakteriach. Metody przecinania i modyfikacji materiału genetycznego nie są czymś nowym, ale nasz system jest szybszy i tańszy, więc może być stosowany w wielu laboratoriach do inżynierii genetycznej.
Jak działają takie „nożyce”? Jak to wygląda z zewnątrz, obserwuje się procesy pod mikroskopem?
– Na zewnątrz może to wszystko wyglądać mało efektownie. W dużej mierze zależy od tego, do jakich celów ma być stosowana metoda – czy w laboratorium, w badaniach podstawowych na komórkach, czy do celów terapeutycznych lub w biotechnologii. Może być tak, że pracujemy z pacjentem albo z roślinami, ale głównie badacze pracują na tzw. liniach komórkowych, rosnących w naczynkach, w laboratorium. To, co robimy, wygląda jak mieszanie małych ilości przezroczystych cieczy, a potem dodajemy to np. do hodowli komórkowej. Objętości, z którymi pracujemy, to tysięczne części mililitra, a potrzebne komponenty „nożyc” są tak małe, że nie widać ich nawet pod zwykłym mikroskopem.
Pracujemy początkowo sporo na komputerze, analizując sekwencje genów i projektując reagenty, które musimy stworzyć lub kupić. Potem przygotowujemy je i łączymy według ustalonych receptur i wprowadzamy do komórek. Dalej proces dokonuje się właściwie bez naszego udziału, następuje przecięcie DNA w komórkach i, przy odrobinie szczęścia, pożądana modyfikacja materiału genetycznego. Nie musimy też patrzeć na próbki pod mikroskopem, bo to trochę tak jak z pieczeniem ciasta – mieszamy odpowiednie składniki, wkładamy do pieca i po określonym czasie wyjmujemy ciasto upieczone według danej receptury. Dzieje się to w pewnym stopniu samo i nie musimy tego dokładnie obserwować, szczególnie jeśli mamy już doświadczenie.
Jak ten reagent wprowadza się do komórki w celu modyfikacji genetycznej?
– W przypadku hodowli komórkowych używa się np. specjalnych związków chemicznych, które otaczają „nożyce”, transportują je i łączą się z błoną komórki, pozwalając na ich wniknięcie do środka. Modyfikowane genetycznie zwierzęta wymagają ingerencji na poziomie zarodka, najczęściej zapłodnionego jaja; tutaj pracujemy pod mikroskopem i wprowadzamy „nożyce” przy użyciu rodzaju mikrostrzykawki.
Od razu wszystko działa?
– Absolutnie nie. Szczególnie gdy zaczynamy nowy projekt albo eksperyment, na początku trzeba wykonać sporo prób i popełnić kilka błędów. Zawsze istnieje pewien element niepewności, zawsze może się zdarzyć błąd. Co ważne, nawet gdy nie popełnimy błędu, także w przypadku systemu CRISPR/Cas9 nie każdy reagent może zadziałać prawidłowo. Czasami modyfikacja nie udaje się zupełnie, ale w wielu przypadkach metoda ma dużą wydajność, sięgającą 80-90%.
Czy chromosomy z łańcuchami DNA można zobaczyć? Na rysunkach i schematach są one zabarwione na różne kolory.
– Są metody wybarwiania. To jedna ze starszych, podstawowych technik pracy i charakteryzacji komórek. Można zaobserwować np. zmiany chorobowe widoczne w chromosomach: trisomię w przypadku zespołu Downa czy niestabilność i łamanie chromosomów w nowotworach, choć nie zawsze wygląda to równie interesująco jak na obrazkach. Nie jest to jednak metoda używana powszechnie przy modyfikacjach genetycznych. Ja w swoich badaniach, które prowadzę już od 15 lat, nigdy tego nie robiłem.
Czym charakteryzuje się metoda nagrodzona Noblem i czym różni się od wcześniejszych?
– Jest szybsza, tańsza i bardzo uniwersalna, można ją stosować praktycznie wszędzie. Czy to na komórkach z hodowli, komórkach macierzystych, czy na pobranych komórkach krwi. Działa w bakteriach, w organizmach roślinnych i zwierzęcych, od much, przez zboża, słodkie pomarańcze, robaki po krewetki i małpy. Oczywiście system wymaga pewnej modyfikacji w zależności od wybranego materiału. Ale wszędzie można dokonać żądanej modyfikacji i można ją przeprowadzić względnie łatwo i szybko.
Mój doktorat dotyczył bakterii, a potem przeprowadzałem badania na hodowlach komórkowych. Po doktoracie pracowałem w jednostce usługowo-badawczej wykonującej usługi inżynierii genetycznej na zamówienie. Pomagaliśmy naukowcom, którym do badań potrzebny był model komórkowy albo zwierzęcy, np. zmodyfikowana mysz czy muszka owocówka (drosophila).
Muszka jest maleńka, mysz znacznie większa.
– Ale sposób modyfikacji bardzo podobny, choć ja na zwierzętach nie pracowałem. Co ciekawe, zarodek muszki jest sporo większy od zarodka myszy.
Czy każda modyfikacja jest możliwa do przeprowadzenia?
– Nie wszystko jest możliwe, nie wszystko jest też dozwolone. Pewne rzeczy są skomplikowane, także dlatego, że efektywność „nożyc” i ich dostarczania do komórek jest ograniczona. Szczególnie w przypadku dorosłego organizmu. Jeśli chce się wyhodować zmodyfikowane zwierzę, to największy sens ma modyfikacja na etapie jednokomórkowego zarodka, zapłodnionego jaja, bo taka zmiana jest potem przekazywana do wszystkich komórek. Dokonanie pełnej modyfikacji w dorosłym organizmie jest już praktycznie niemożliwe – i nie ma znaczenia, czy to człowiek, czy organizm o wiele bardziej prymitywny. No bo jak dostarczyć reagenty do miliardów komórek? A nawet gdyby to się udało, nie w każdej CRISPR/Cas9 zadziała. Może to się udać w 90%, ale i w 10% komórek. Stąd problemy w terapiach chorób genetycznych.
Ale gdybyśmy chcieli zmodyfikować coś w chorym narządzie: w trzustce, w wątrobie?
– Naukowcy próbują dokonać zmian w narządach, np. naprawić w wątrobie pewne wadliwe geny powodujące nieprawidłowe krzepnięcie krwi. Na razie udaje się dostarczyć reagent do niewielkiego procenta komórek, często poniżej 1%. Czy taka zmiana może być znacząca i przynieść efekt terapeutyczny? Pewne badania sugerują, że tak, ale w tym wypadku czeka nas jeszcze trochę pracy.
Terapie z użyciem „nożyc” molekularnych to pieśń dalekiej przyszłości?
– Nie. Już teraz te metody są stosowane powszechnie na całym świecie w badaniach podstawowych, ale również testuje się ich użycie np. w leczeniu chorób genetycznych. Proponuję poszukać historii pacjentki Victorii Grey cierpiącej na anemię sierpowatą. Terapia genowa stosowana od dwóch lat zdaje się jej pomagać, próby są więc już dokonywane na ludziach. W medycynie trwają testy kliniczne kilku terapii chorób genetycznych i wielu terapii antynowotworowych. Część jest bardzo obiecująca.
A modyfikacje zarodków ludzkich?
– To niedozwolone, powszechnie nie ma na to zgody, choć wyłomu dokonał pewien Chińczyk, który trafił potem do więzienia za stosowanie medycyny bez odpowiednich uprawnień. Urodziło się jednak dwoje dzieci zmodyfikowanych genetycznie. W ustawodawstwie większości krajów nie ma szczegółowych regulacji dotyczących takich eksperymentów. Po prostu postęp dokonujący się w medycynie, biochemii i biologii molekularnej zdecydowanie wyprzedza postęp w prawodawstwie, które jest zacofane.
Potrzebujemy uchwalenia zasad, co wolno robić, a czego nie. Zarówno na poziomie prawodawstwa, jak i etyki. Toczą się dyskusje, powstają kontrowersje, ale mało kto chce to ruszać, bo trudno o powszechną zgodę i kompromis. Czy powinniśmy zakazać pewnych modyfikacji genetycznych jako nieetycznych, czy może, skoro mamy takie teoretyczne możliwości pomocy chorym, to mamy moralny obowiązek tej pomocy udzielić?
Człowiek z próbówki jest już całkiem realny.|
– Nie lubię takiego określenia. Tak nazywano kiedyś dzieci pochodzące z zapłodnienia in vitro i ma to bardzo pejoratywny wydźwięk. Prawdą jest, że nauka daje nam teraz wielkie możliwości i musimy się zastanowić, jak chcemy je wykorzystać.
b.tumilowicz@tygodnikprzeglad.pl
Fot. archiwum prywatne
