Revolucija svih Revolucija - CRISPR

Submitted by Wayland Spaulding on sub, 07/06/2019 - 18:55

Zamislite da živite neki normalan život srednje klase u drugoj polovici 20. stoljeća i netko vam priđe i kaže da će uskoro računala preuzeti svaki aspekt vašeg života: od kupovine, upoznavanja partnera i flertanja, do burzi i kontrole svjetskih tržišta. Taj netko nastavi i kaže vam da ćete posjedovati uređaj koji stane u bilo koji džep i nekoliko je redova veličine jači i napredniji od najjačih superračunala toga doba. Sve to bi vam se činilo apsurdno, ali se eto nekako dogodilo preko noći i danas svi te činjenice uzimamo zdravo za gotovo. Znanstvena fantastika je postala naša realnost i nitko to ne smatra čudnim. Danas se nalazimo u sličnoj točci prekretnici s genetskim inžinjeringom pa bi bilo pametno malo o tome popričati. Što je genetski inžinjering, kako smo došli do tih otkrića, što danas njime sve radimo, i koje će nedavno otkriće zauvijek okrenuti čitav vaš svijet naglavačke.

Kratka povijest genetskog inženjeringa

Ljudi su kao životinjska vrsta mijenjali život čitavog svijeta i uređivali genetski kod drugih vrsta još od prapovijesnog doba. Kroz proces selektivnog uzgoja smo tisućama godina jačali korisne značajke u biljkama i životinjama. Postali smo izuzetno dobri u tome, ali nikada nismo posve razumjeli kako i zašto selektivni uzgoj funkcionira. Sve dok nismo otkrili ključ života - deoksiribonukleinsku kiselinu, DNA. Kompleksnu molekulu, set informacija zapisan kao biološki kod, koja vodi rast, razvoj, funkciju i reprodukciju svega što živi. Četiri nukleotidne baze koje se sparuju i čine kod koji sadrži informacije. Promijenite kod i promijenili ste nosioca informacije, tj. živo biće - bakteriju, gljivu, biljku ili životinju.

Čim je DNA bila otkrivena, ljudi su počeli petljati po njoj i igrati se njome. U 1960-ima, znanstvenici su bombardirali biljke radijacijom kako bi uzrokovali nasumične i slučajne mutacije u genetskom kodu. Ideja iza toga je bila dobiti korisnu varijantu biljke pukom slučajnošću. Naravno, većina tako dobivenih sojeva nije davala nikakvu korist, ali nekad je ideja uspjela. To su današnje industrijske sorte koje “tradicionalni” farmeri koriste kao tradicionalno sjeme u koje se “nećemo mi GMO ni slučajno” ekipa kune.

U 70-ima, znanstvenici su umetali isječke DNA u bakterije, životinje i biljke kako bi ih uzgajali i proučavali u znanstveno-istraživačke, medicinske i agroindustrijske svrhe. Tako je nastao prvi pravi GMO - “genetically modified organism”. Najraniji primjerci GMO životinja su bili rođeni 1974., i to su bili laboratorijski miševi koji su od onda postali standardni alat u istraživanjima - od agroindustrijskih do medicinskih - spašavajući na taj način desetke i stotine milijuna ljudskih života.

U 80-im godinama je čitava znanost genetskog inženjeringa postala komercijalna. Prvi GMO patent je dobiven za mikrob modificiran da upija i probavlja naftu. Danas proizvodimo mnogo stvari koje dolaze direktno od modificiranog života, kao što su faktori zgrušavanja krvi, hormoni rasta, i inzulin. Svaka od ove tri navedene stavke na dnevnoj bazi spašava nebrojene tisuće ljudskih života. Svaku od ove tri stavke, koje danas dobijemo iz GMO bakterija, smo nekada morali skupljati iz organa životinja.

Prva modificirana hrana koja je stigla na (samo američko) tržište 1994. godine je bila rajčica (soj Flavr Savr) koja je imala mnogo dulji vijek trajanja zahvaljujući dodanom genu koji je suprimirao nakupljanje enzima odgovornog za truljenje. Međutim, tada je krenula histerija oko GM hrane i to zaslužuje (i dobiti će) zaseban tekst.

Tokom 90-ih godina, dogodila se kratka epizoda ljudskog inženjeringa. Da bi se liječila ženska neplodnost, ljudskim zamecima je dan gen od tri roditelja (23 kromosoma jednog roditelja, 23 kromosoma drugog roditelja, i mitohondrijski genom trećeg roditelja). Danas postoje svinje sa “supermišićima”, brzorastući lososi, kokoši bez perja i prozirne žabe. Stvorili smo biljke koje svijetle u mraku i mogle bi u potpunosti zamijeniti uličnu rasvjetu. Fluorescentne zebraste ribice su dostupne za manje od 10 dolara (opet, na američkom tržištu). Već je sve ovo vrlo impresivno, međutim, sve donedavno je genetsko editiranje bilo izuzetno skupo, komplicirano te je zahtijevalo izuzetno puno vremena.

Sve se to promijenilo s dolaskom revolucionarne tehnologije koja je zauzela središnje mjesto na pozornici svjetske znanosti - stigla je CRISPR/CAS9 metoda ("Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats - CRISPR).

Doslovce preko noći je cijena inženjeringa pala za 99%. Umjesto jedne godine, sada je potrebno nekoliko tjedana da bi se eksperimenti započeli i završili, i - najvažnija stvar - bilo tko s diplomom molekularne biologije ili biokemije može postati stručan i potpuno sposoban da se koristi CRISPR metodom u svom radu u mjesec dana. Teško je uopće pojmiti kolika je CRISPR revolucija i samim znanstvenicima, a kamoli ne laicima. Doslovce ima potencijal promijeniti čovječanstvo kako nas apsolutno niti jedan izum nije promijenio još od otkrića vatre u mjeri koju danas nitko ne može ni zamisliti.

Zašto se ova revolucija pojavila niotkud i kako ona funkcionira?

Najstariji rat na Zemlji

Bakterije i virusi se međusobno bore i hrane jedni drugima još od nastanka života na Zemlji. Takozvani bakteriofagi - ili skraćeno, fagi - love bakterije. U oceanima, fagi su odgovorni za smrt 40% bakterijskog života. Fagi ih ubijaju na način da ubacuju svoj genetski kod u bakterije i preuzimaju im staničnu mašineriju da bi stvorili nove kopije samih sebe. Tako retrovirusi (kao HIV virus) ubijaju ljude. Bakterije se pokušavaju oduprijeti, ali skoro nikada se ne uspiju obraniti. Ključna riječ je skoro. Neke bakterije prežive napad faga. Te koje prežive koje aktiviraju najbolju obranu protiv virusa - one sačuvaju kopiju virusne DNA u vlastitom genetskom kodu u svojevrsnoj genetskoj arhivi koja se zove CRISPR. U toj arhivi je virusna DNA sačuvana dok ne postane potrebna. Jednom kad virus opet napadne, bakterija brzo napravi kopiju RNA (ne miješati sa DNA) iz DNA arhive i aktivira svoje posebno oružje - protein imenom CAS9. Taj protein skenira svaki dio bakterijske DNA u potrazi za virusnom DNA. Kada nađe 100%-tno poklapanje, protein se aktivira, izreže virusnu DNA iz bakterijske DNA, tako ju napravi beskorisnom i štiti bakteriju protiv napada. Ono što je posebno kod CAS9 proteina je činjenica da je iznimno precizan, poput pravog DNA kirurga. Revolucija je započela onog trenutka kada su znanstvenici otkrili da je CRISPR/CAS9 sustav programabilan. Vrlo jednostavno možete dati kopiju DNA kojom želite modificirati organizam i staviti sustav u živu stanicu.

Ako su donedavne tehnike genetskog inženjeringa srednjovjekovne navigacijske pomorske karte, CRISPR/CAS9 sustav je GPS najnovije generacije. Osim što je sustav precizan, jeftin i jednostavan za korištenje, sustav nudi mogućnost mijenjanja genoma živih stanica, nešto što stari sustav nije mogao napraviti. Također može uključivati i isključivati gene bez da ih se izrezuje iz genoma. Isto tako, CRISPR sustav radi na svim živim stanicama - i na svim mikroorganizmima, biljkama, životinjama i ljudima.

Kraj svih bolesti?

Koliko god CRISPR/CAS9 sada bio revolucionaran, ne smijemo zaboraviti da je to prva generacija tehnologije. Još precizniji alati su u međuvremenu stvoreni i stvaraju se dok pišem ovaj tekst. 2015. godine su znanstvenici iskoristili CRISPR sustav za izrežu HIV virus iz živih stanica pacijenata u laboratorijskim uvjetima, time dokazajući da je sustav primjenjiv, da funkcionira, i da imamo lijek protiv HIVa. Samo godinu dana nakon toga, napravljeni su veći pokusi sa štakorima koji su imali HIV u svim svojim stanicama. Jednostavnom jednom jedinom injekcijom CRISPR anti-HIV sustava je preko 50% stanica bilo očišćeno od HIVa. Za nekoliko desetljeća (ili godina!), CRISPR sustavi će se koristiti kao jednostavni i brzi lijekovi protiv HIVa, ali i svih ostalih virusa i retrovirusa kao što su Herpes ili HPV virusi.

CRISPR će također izliječiti našeg drugog najgoreg neprijatelja - karcinom (više o najgorem neprijatelju dalje u tekstu). Karcinom nastaje kada stare i oštećene stanice u tijelu odbijaju umrijeti te se oštećene stanice nastavljaju nekontrolirano razmnožavati, istovremeno se skrivajući od imunog sustava domaćina. CRISPR nam daje alate da modificiramo stanice našeg imunog sustava čineći ih ubojicama karcinoma. Liječiti se od karcinoma, u periodu od samo nekoliko godina, će značiti otići u kliniku i dati par uzoraka vašeg tkiva, povratka u kliniku za par tjedana kako bi vam liječnici dali par injekcija vaših vlastitih stanica koje su u međuvremenu modificirane tako da ubiju karcinom koji vas je napao, išetati se iz klinike i više nikad ne pomisliti na taj karcinom.

Prva klinička studija za CRISPR tretman karcinoma je odobrena u SADu 2016. godine. Niti mjesec dana nakon odobrenja te studije, kineski znanstvenici su objavili da će liječiti karcinom pluća imunim stanicama pacijenata modificiranih CRISPR sustavom. Od te dvije kliničke studije, tempo novih studija se masivno ubrzava.

A onda imamo genetske bolesti. Postoje na tisuće takvih bolesti, od blago iritantnih bolesti do smrtonosnih bolesti ili one koje uzrokuju čitav životni vijek nezamislive patnje. S moćnim alatima kao što je CRISPR, na pragu smo rješavanja svih takvih bolesti. Preko 3000 genetskih bolesti su uzrokovane jednom jedinom pogrešnom bazom u DNA, tj. zbog jednog jedinog slova (tzv. točkaste mutacije). Već imamo modificirane verzije CAS9 sustava koji iz genoma može odrezati samo jednu jedinu bazu (tj. "slovo"), a ne čitav gen, te takav sustav može izliječiti genetske bolesti koje nastaju takvim točkastim mutacijama. Za desetljeće ili dva, mogli bi izliječiti sve genetske bolesti ovoga svijeta.

Sve ove medicinske primjene imaju jednu zajedničku stvar - ograničene su na individualce i koristi umiru s njim, osim ako sustav nije iskorišten na reproduktivne stanice ili na vrlo rane stadije embrija.

Dizajnirane bebe

Međutim, CRISPR može i biti će iskorišten za puno, puno više od stvari o kojima sam dosada pisao, a to je stvaranje modificiranih ljudi - tzv. dizajnerskih beba (eng. "designer babies") - i značiti će postepenu, ali nepovratnu promjenu humanog genetskog bazena. Alati za modifikaciju genoma ljudskog embrija već postoje. Iako je tehnologija još u ranim povojima, već je isprobana barem tri puta (koliko javnost zna). U 2015. i 2016., kineski znanstvenici su eksperimentirali s ljudskim embrijima i bili su djelomično uspješni u drugom pokušaju. A trenutno politički, ideološki i znanstveni svijet potresa uspješna modifikacija i rođenje dizajniranih beba koje su modificirane na način da su imune na infekciju HIVom. I sasvim usput im je poboljšan IQ. U režiji kineskih znanstvenika, 2019. godine. Primjećujete pattern?

Svi ovi pokušaji su pokazali ogroman izazov koji nam predstavlja dizajniranje ljudskog genoma, ali su pokazali i da postoji čitava znanstvena zajednica koja te probleme i izazove rješava. Kao što je to bio slučaj s računalnom znanosti 70-ih godina prošlog stoljeća. Od onda su računala postala mnogo, mnogo bolja.

Nebitno o vašem osobnom stavu o genetskom inženjeringu i modifikaciji ljudi, taj napredak će itekako utjecati na vas. Modificirani ljudi mogu utjecati na genom čitave vrste (pa se i s vremenom odvojiti od te iste vrste), jer će svoje modificirane značajke - kao što je to urođena imunost na HIV - prenositi svojoj djeci. Čitav proces će krenuti polagano. Prve dizajnerske bebe neće biti previše dizajnirane niti će se previše dirati u njihov genom. Vjerojatno će se raditi samo o izmjenama kao što su eliminacija smrtonosnih genetskih bolesti koje su postojale u obiteljskom stablu djeteta. No, kako tehnologija bude napredovala i što sofisticiranija bude bila, sve više i više ljudi će tvrditi da je nekorištenje metode za genetsku modifikaciju neetično iz razloga što se namjerno sputava razvoj njihovog potomstva, omogućuje patnju njihovoj djeci koju ne bi osjećala kad bi se djeca modificirala itd. Čim se rodi prva dizajnerska beba, vrata će biti otvorena i više nikada neće biti zatvorena.

Isto kao što je bilo s prvim “djecama iz epruvete”. Sam okot đavla, kako su ih neki zvali, je u manje od jedne generacije postala najnormalnija pojava.

U prvim generacijama, značajke koje utječu na taštinu i ego se neće genetski mijenjati. Kako vrijeme bude prolazilo i metoda bude bila sve više prihvaćena, a naše znanje sve veće, iskušenje da se to počne raditi će biti sve veće. Ako napravite svoje potomstvo imunim na Alzheimerovu bolest, zašto im onda ne bi dali i poboljšani metabolizam? Zašto im ne bi dali savršeni vid? A idealnu visinu i mišićnu masu? Gustu, zdravu kosu? A zašto im ne bi dali dar izvanredne inteligencije? Ogromne promjene se mogu očekivati kako se efekt milijuna malih, osobnih odluka bude akumulirao. I tu dolazimo na sklizak teren. Modificirani ljudi mogu postati novi standard.

Međutim, najbolje tek dolazi. Kako naše znanje i iskustvo budu rasli, vrlo lako ćemo doći do obračuna s našim najgorim neprijateljem - starenjem. Dvije trećine od 150 000 osoba koliko će ih umrijeti na današnji dan će umrijeti od bolesti uzrokovanih starenjem. Trenutno znanje o starenju nam kaže da je starenje proces akumulacije šteta na našim stanicama, kao što su mutacije na DNA i sustava odgovornih za popravljanje DNA. Ali također postoje i geni koji direktno utječu na starenje. Kombinacijom genetskog inženjeringa i drugih oblika terapija bi mogli usporiti, a kasnije i zaustaviti proces starenja, čak ga i preokrenuti. Znamo da danas postoje životinje koje su imune na starenje i mogli bi posuditi neke njihove gene za vlastitu upotrebu. Postoje znanstvenici koji tvrde da je biološko starenje proces na koji ćemo s vremenom uopće prestati razmišljati, kao što danas više ne razmišljamo o velikim boginjama. I dalje ćemo umirati, daleko od toga, ali umjesto smrti u bolnici dok nam otkazuju svi organi u dobi od 80 godina, mogli bi provesti par tisuća godina okruženi ljudima koje volimo.

Istraživanja na temu izlječenja starenja su još u povojima i veliki dio znanstvene i generalne populacije je s pravom skeptičan na tu temu. Izazovi koji su pred nama su ogromni i možda nedostižni, ali vrlo je vjerojatno da će generacija osoba koje trenutno čitaju ovaj tekst biti prva generacija koja će imati opipljive koristi od terapija protiv starenja.

Gledajući veliku (evolucijsku) skalu, modificiranim ljudima bi sigurno riješili veliki broj problema koje nas danas muče. Dizajnirani ljudi bi se sigurno bolje nosili s visokoenergetskom i visokokaloričnom prehranom današnjice, eliminirajući mnoge bolesti današnje civilizacije, kao što je pretilost. Modificiranim imunim sustavom bi postali imuni na praktički sve bolesti današnjice (i negdašnjice) te bi ih prenijeli na svoje potomstvo. Tako bi izbjegli problem ludita današnjice - antivaxera - koji su zaboravili koliko su strašne bolesti protiv kojih ne žele cijepiti svoju djecu. Ovako naše odluke automatski prelaze na potomstvo.

Gledajući još dalje u budućnost, možemo dizajnirati ljude da budu spremni za produljena svemirska putovanja i da se nose s različitim okolišnim utjecajima drugih planeta. Bez ekstenzivne modifikacije ljudi, nikada nećemo kolonizirati Mjesec, Mars niti išta dalje od Marsa, ako zbog ničeg drugog, zbog konstantnog bombardiranja radijacijom koje naše tijelo jednostavno ne može izdržati. 

Par zrna soli

U međuvremenu nas čeka rješavanje još nekih prepreka - nekih tehnološke prirode, nekih etičke. Vjerujem da se mnogi od vas koji čitate ovaj tekst osjećate neugodno i strah vas je da ćemo stvoriti svijet u kojem će se a priori odbaciti svi “ne-savršeni” ljudi. Stvar je takva da se ne trebate toga bojati jer već živimo u točno takvom svijetu.

Genetska testiranja za desetke genetskih bolesti i komplikacija su postale standard za trudnice u svim razvijenim zemljama. Često i najmanja sumnja na genetski defekt bude dovoljna da se par odluči na abortus djeteta. Uzmimo Downow sindrom za primjer, jedan od najčešćih genetskih defekata. U Europi, otprilike 92% svih trudnoća gdje je detektiran Down završi abortusom. Nekada su se djeca s urođenim manama ostavljala vukovima, tako da ipak mislim da smo kao civilizacija napredovali, i nastavit ćemo napredovati. Odluka da se prekine trudnoća je izuzetno osobne naravi, ali važno je spomenuti ovaj slučaj da ukažem da je pred-odabir ljudi na bazi medicinskog stanja ploda već danas klinička realnost.

Također nema potrebe glumiti da će se takva stvarnost promijeniti, i moramo biti oprezni i puni poštovanja prema odlukama koje ćemo u budućnosti donositi kako tehnologija bude napredovala, i kako budemo mogli filtrirati plodove sa sve više i više parametara. Ali ništa od ovoga se neće dogoditi u narednih 10 godina. 

Koliko god CRISPR sustav bio moćan - a prokleto je moćan - još uvijek nije nepogrešiv. Pogrešna ubacivanja genoma se i dalje događaju. Ubacivanjem ili izbacivanjem određenog gena možemo riješiti jedan problem, ali uzrokovati dva. Još uvijek ne znamo dovoljno o kompleksnoj igri gena da bi mogli sa 100%-tnom sigurnošću reći da neće biti nikakvih negativnih posljedica. Utvrđivanje preciznosti CRISPR sustava i razvoj metoda motrenja nakon CRISPR tretmana je glavni fokus kliničkih studija koje se trenutno provode.

A budući da smo dosada govorili o svim pozitivnim stvarima koje će nam CRISPR sustav donijeti, vrijeme je da popričamo i o negativnim potencijalnim posljedicama. Jer CRISPR sustav je alat kao i svaki drugi, kao što je to bio dinamit čiji je smisao bio sigurno rudarenje, a ne miniranje rovova u WW1. Svaki alat se može upotrijebiti i zloupotrijebiti, od kuhinjskog noža do nuklearne fuzije.

Zamislite na trenutak da država kao što je Sjeverna Koreja objeručke prihvati takvu metodu genetskog inženjeringa. Može li takva država zacementirati svoju vlast zauvijek prisilno modificirajući svoje stanovništvo? Što bi zaustavilo totalitarni režim od stvaranja vojske modificiranih super vojnika? U teoriji je to itekako izvedivo. Ovakvi scenariji još dugo, dugo vremena neće biti mogući, ako ikada budu postali izvedivi. Ali osnovni “proof of concept” za genetsko modificiranje ljudi postoji već danas, i takva tehnologija je zaista moćna.

I dok bi ovi razlozi mogli biti primamljiv izgovor za zabranu svakog genetskog modificiranja i daljnjeg istraživanja, to bi svakako bila kolosalna pogreška. Zabraniti genetsko modificiranje ljudi će samo odvesti znanost u kutke planeta od čijih nas zakona i ideologija počne boliti glava. Samo punim sudjelovanjem možemo garantirati da će sva naredna istraživanja biti vođena oprezom, razumom i transparentnošću.

Znanstvena fantastika - utopija ili distopija?

Osjećate li se ugodno sada? Većina ljudi se neće osjećati ugodno dok prvi put razmišlja o ovoj temi. Po glavi nam se motaju pitanja kao što su - u budućnosti koja dolazi, bi li meni kao pojedincu bili dozvoljeno postojati? Bi li bio dovoljno dobar? Tako moćna tehnologija s takvim gigantskim utjecajem na sve pore društva zaista jest zastrašujuća. Međutim, imamo toliko toga za dobiti da je u ovoj točci nemoguće zaustaviti kotač povijesti i napretka. Duh je pušten iz boce.

Genetski inženjering ljudi će postati prirodna evolucija inteligentnih vrsta u svemiru. To kažem iz razloga što korištenjem ove tehnologije u nekoliko generacija ti pojedinci više neće biti ljudi kakve znamo danas. Posve će nestati svaki oblik danas poznatih bolesti. Produljiti ćemo životni vijek ljudi za nekoliko desetljeća, stoljeća ili tisućljeća, a zadržati ćemo savršenu vitalnost kroz čitavo to vrijeme. Moći ćemo putovati na druge planete i zvjezdane sustave. Kada razmišljamo o ovoj temi, nemoguće je ne razmišljati na velikoj skali.

Koje god mišljenje o genetskom inženjeringu imali, budućnost u kojoj je ta praksa svakodnevnica se bliži. Što je bila jedva pojmljiva znanstvena fantastika postaje nova stvarnost, prepuna novih mogućnosti i izazova. Kao što je superračunalo u vašem džepu pred 30 godina bila čista znanstvena fantastika.