РЕДАКТИРАНЕТО НА ДНК НА ЖИВИТЕ СЪЩЕСТВА – НЕВЕРОЯТНАТА ИСТОРИЯ НА CRISPR






РЕДАКТИРАНЕТО НА ДНК НА ЖИВИТЕ СЪЩЕСТВА – НЕВЕРОЯТНАТА ИСТОРИЯ НА CRISPR

 

 

През 2020 година френската микробиоложка и генетичка Еманюел Шарпантие печели Нобелова награда за Химия, заради разработката ѝ на CRISPR-Cas9 – едно прецизно молекулярно средство, което дава надежда за нов и щастлив живот на милиони човеци, болни от различни наследствени (генетични) заболявания. Този, странно звучащ Crispr, представлява, грубо казано, един ултра-прецизен скалпел за ДНК, който може да промени изцяло една жива клетка – растителна, животинска, човешка. Наричат го още „генетичен копи-пейст“ или „ДНК-редактор“. Този генетичен инструмент, прикачен към една водеща молекула, може да редактира цялото ДНК на дадено живо същество. Този Crispr установява коя точно поредност от базите на ДНК отговаря за съответното наследствено заболяване, изрязва тази поредност (секвенция) от бази и на тяхно място поставя „нормална поредност“, или нищо не поставя. И т.н. Ясно е, че в съвсем обозримо бъдеще тази велика технология ще бъде използвана за създаването на супер-продуктивни селскостопански растения, за селекция на изключително продуктивни селскостопански животни, а и за много други неща – примерно за развъждане на Супер-Кучета, които да работят в държавните служби и още, и още. КЛЮЧОВОТО при този КРИСПР е следното: ТОЙ не ползва въвеждане на ЧУЖДА ДНК-информация в клетката – той Е ЧАСТ от самото ДНК на съответната клетка. Нещо като авто-редактор.

 

Неизбежно е, казват, тази технология да не се използва за в бъдеще и за създаване на Свръх-Човеци! Защото тя може да се приложи не само за лечение на хора, родени с генетични заболявания, а направо да се включи към размножителната система (клетки) на хората и те, гаметите, да бъдат така модифицирани, че да създават само изключително здраво потомство. И не само здраво, а и … Супер-Човешко… Отвъд-Човешко… Над-Човешко.

 

Но, да се върнем малко назад, към Началото на всичко това.

 

Годината е 1993. А ние сме в Испания, при младия учен, молекулярния биолог Франсиско Хуан Мартинес Мохика, който изследва солените блата на  юг от град Аликанте. Младият изследовател се интересува по-конкретно от бактерията Haloferax mediterranei (Средиземноморски халоферакс), която е резистентна на сол, т.е. солта не може да я убие. Изследвайки генома на тази бактерия, Франсиско Мохика с огромно учудване отбелязва, че по протежението на цялото си ДНК тя има едни повтарящи се кратки групи от бази, които се наричат секвенции, т.е. последователности (а базите се изписват с първата буква от името им: А (аденин), Т (тиамин), Г (гуанин), Ц (цитозин). Тези, повтарящи се по цялото протежение на ДНК, секвенции се четяли ЕДНАКВО отпред-назад и отзад-напред – такива думи или изречения се наричат ПАЛИНДРОМИ. Например: Г Т А Т Г. Пример за палиндром в българския език е изразът  „Бял хляб“. Тези „палиндроми“ в генетичния код на бактерията били разделени от разстояния – и разстоянията се състоели от различни бази. Мохика се запитал – на какво ли отговарят тези разстояния? Пред него се открил един невероятен генетичен ребус, който предстояло да бъде разрешаван…

 

ЕДНА НЕВЕРОЯТНА МАШИНАРИЙКА, СКРИТА В МЪНИЧКАТА КЛЕТКА

 

Част от загадката се разкрива в следващите години. Оказва се, че в тези последователности и подредби се крие една голяма тайна на живота. Бактериите, тези най-древни организми, живеещи на Земята от милиарди години, били изковали свой начин да се защитават от вируси, които ги атакуват. Учените открили, че тези РАЗСТОЯНИЯ между ПАЛИНДРОМИТЕ били части от ДНК на вирус-агресор, който бил навлязъл в генома на бактерията. И изследователите си задали въпроса: Дали това помага на микроорганизмите да се предпазят от бъдещи инфекции? По този начин, предположили те, може би тези разстояния дават на бактерията картина, която да помогне в разпознаването на същия или подобен нападател, да сигнализира за наличие на същия агресор? И този агресор да бъде унищожен?

 

Да, излязло, че бактериите си били изработили сами ХОГСИНА… 

 

(пиша тази дума така, пък Вие се сещайте какви са нейните правилни букви!)

 

Франсиско Мохика кръщава своите палиндромни секвенции CRISPR – което идва от английски и значи Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. А това на български се превежда така: Групирани и Правилно Разпределени Къси Палиндромни Повторения.

 

Сега сме в 2005 година и от това красиво фундаментално откритие се интересуват само малки групи от учени микробиолози. Но това не трае дълго. Малко по малко, нишката на научните публикации довежда общественото внимание до една невероятна машинарийка, скрита в няколко микрометра от единствената клетка на едноклетъчния организъм!


Вече знаем как процедира Бактерията, за да унищожи вирусите, след като веднъж ги е разпознала, благодарение на повтарящите се секвенции (последователности).


След разпознаването се активира един ензим, с научно име Cas9, кръстен на свързания с КРИСПР протеин-9.


Този ензим – Кас9 – може да реже!


Той действа като истинска МОЛЕКУЛЯРНА НОЖИЦА! Отива при вирусната ДНК и изрязва определени секвенции (последователности) от нея! И така вирусната ДНК бива разрушена!

 

И така, ето че пъзелът на  Crispr-Cas9 е почти подреден! Но остава един решаващ въпрос:

Как ензимът Кас9 се ориентира, за да намери своята цел и да отреже така прецизно точната част от нишката на ДНК? Трябва му някакъв водач…

 

И ето я френската изследователка, понастоящем Нобелова лауреатка за химия, която ще постави последното парченце от пъзела: Еманюел Шарпантие. Годината е 2009 и Шарпантие, специалист по микробиология и генетика, заема пост в университета във Виена, Австрия. Тя се интересува от РНК – молекулата, „братовчедка“ на ДНК, изпълняваща определени задачи в лоното на клетката.

 

Изучавайки гените на бактерията Streptococcus pyogenes, Шарпантие забелязва едно изобилие от малки РНК-и, разположени в близост до секвенциите Crispr. Две от тези РНК-и изглеждат да са изключително важни за функционирането на системата. И французойката стига до следното предположение: тези двете РНК-и се свързват и формират един РНК-водач! И този РНК-водач повежда ензима Кас9 към мишената, т.е. ДНК-то на вируса, за да бъде то нарязано от МОЛЕКУЛЯРНАТА НОЖИЦА. Шарпантие потвърждава предположението си и представя своето откритие пред научната колегия. Системата Crispr-Cas9, която тя описва, е перфектно работеща!

 

Еманюел Шарпантие се свърза с американската изследователка Дженифър Дудна и двете публикуват фундаментална статия за Crispr в „Сайънс“ в края на юни 2012 г.


В тази статия има една важна информация, която наелектризира биолозите! Crispr-Cas9 е една система, която ние можем да програмираме изкуствено в лабораторни условия: и да я използваме, за да модифицираме геномите на всички живи същества! След като веднъж ензимът Cas9 направи разреза, клетката включва своите естествени механизми за възстановяване, които, обаче, изследователите могат да заобиколят успешно, в своя полза. По този начин можем да премахнем една дефектна генетична секвенция (последователност) и да я заменим с друга. Щом веднъж е извършена манипулацията, ДНК-то ще се възстанови. Механизмът на имунитета на бактериите, който е резултат на милиарди години еволюция, в момента се е трансформирал в един мощен биотехнологичен инструмент, бърз, много евтин и на разположение на всички онези, които искат да манипулират ДНК-то.

 

НАДЕЖДИ ЗА ЧОВЕШКОТО ЗДРАВЕ

 

От тогава насетне Crispr-Cas9 се използва рутинно в лаборатории по целия свят. Това е един чудесен инструмент за изследване на механизмите на живата материя. И той отваря много перспективи пред човешкото здраве. През 2013 година един изследовател извършва опити с Криспр-Кас9 върху клетки на Хомо сапиенс – и нещата тръгват! Този учен се казва Фенг Занг. Американец, роден в Китай, в провинция Хубей, той е брилянтен изследовател от Харвардския университет и от Института по технологии в Масачузетс (MIT). Неговата работа е много значима! За разлика от тандема Шарпантие-Дудна, който изследва действието на Криспр-Кас9 само върху прокариоти, т.е. върху бактериални клетки, Фенг Занг прави изследвания върху ЕУКАРИОТИ, т.е. върху клетки на мишки и на хора! Той доказва, че с Криспр-Кас9 могат да се редактират геномите на Мишките и Хората!

 

Този инструмент наистина може да бъде от голяма полза за човешкото здраве, но все още е далеч от прецизността: молекулярната ножица понякога реже не където трябва, т.е. извън целта. И, прилагайки този инструмент директно върху болни хора, възниква въпросът дали тази система ще стигне на точното място в техните клетки. Но, както и да е, изследванията в тази област са многобройни и засега са свързани преди всичко с коригиране на генетичната болест дрепаноцитоза. Също така искат да тестват Криспр при миопатията на Дюшен, при някои кръвни болести, при наследствена слепота и т.н… Но също и при някои злокачествени тумори, при сърдечно-съдови заболявания и вирусни инфекции – като СПИН. Този инструмент може да се използва и при диагностиката на „Короната“ – и лабораторията на Дудна, както и тази на Занг работят усилено в тази област, като са се включили в борбата срещу „новия вирус“. Резултатите им са обещаващи!

 

ПЪРВИТЕ ТРИ, ГЕНЕТИЧНО МОДИФИЦИРАНИ, БЕБЕТА

 

В началото на 21 век предизвикателствата пред човешкото здраве са такива, че можем да предвидим едно светло бъдеще за Криспр, въпреки че тези обещания тепърва ще трябва да се конкретизират.


Но това не е краят на историята.


Да се модифицира геномът на един болен – това се разбира, това се приема, въпреки че е рисковано. Но какво ще кажем за една манипулация, която модифицира не кръвните клетки, не мускулните, не сърдечните, а клетките, които предават мутациите в наследниците, в следващите поколения?


Това е първата крачка към създаването на една нова, генетично модифицирана човешка линия!


Това изглежда твърде лудо, но един китайски учен, Хе Джианкуй, дръзна да го направи и да го обяви на света в края на 2018 година.

 

През 2018, 34 годишният асоцииран професор към Южния Университет по Наука и Технологии на Шензен, обявява раждането на две генетично модифицирани близначки – Лулу и Нана. Тяхното ДНК е модифицирано, благодарение на Криспр. Впоследствие китайските власти разкриват и раждането на трето такова бебе. По отношение на близначките, целта на тяхното модифициране е била те да се предпазят от вируса на СПИН, който е бил открит в баща им. Екипът на Хе Джианкуй инжектирал мутирал вариант на гена CCR5 в клетките на ембриона, но манипулацията не била успешна. Поне специалистите предполагат така, на базата на няколко диапозитива, съхранявани в Хонг Конг. Изглежда като че редактирането на генома на близначките да е довело до възникване на неочаквани мутации, които могат да бъдат предадени в тяхното поколение, ако имат такова…

 

Скандалът е огромен! Китайските власти, в началото пазещи всичко в тайна, осъждат Хе Джианкуй на 3 години затвор. Всичките международни институции, всичките етични комисии на Европа, САЩ и Азия осъждат дръзкия учен.

 

Но Вратата е отворена! И повече няма да се затвори…

 

Пред повечето учени стои следната дилема – дали наистина трябва да се забранява генетичната редакция, която може да се предава в бъдещите поколения? Особено ако това е начинът да се изкоренят ужасяващите наследствени болести? Отговорът, да се надяваме, ще го разберем в бъдещето…

 

Преразказа за Вас: Соня Петрова – Аеиа

Публикувано на: 9 август 2021 г.

 






...