Kopš pirmsākumiem pirms četrām desmitgadēm gēnu inženierija ir kļuvusi par lielu cerību avotu veselības aprūpē, lauksaimniecībā un rūpniecībā. Bet tas arī izraisīja nopietnas bažas, arī tāpēc, ka genoma rediģēšanas process bija ļoti darbietilpīgs. Tagad jauna tehnika CRISPR-Cas piedāvā gan precizitāti, gan iespēju mainīt genoma tekstu vairākās vietās vienlaicīgi. Bet tas nenovērsa bažas.
Genomu var uzskatīt par sava veida muzikālo partitūru. Tādā pašā veidā, kā muzikālās notis mūziķiem orķestrī stāsta, kad un kā spēlēt, genoms pasaka šūnas sastāvdaļas (parasti olbaltumvielas), kas viņiem būtu jādara. Partitūrā var būt arī komponista piezīmes, kas norāda uz iespējamām izmaiņām, pārmērībām, kuras atkarībā no gadījuma var pievienot vai izslēgt. Attiecībā uz genomu šādas "piezīmes" rodas no šūnu dzīves daudzās paaudzēs pastāvīgi mainīgā vidē.
DNS ģenētiskā programma ir līdzīga trauslai grāmatai: tās lappušu secība var mainīties, un dažas pat pāriet citu šūnu programmā. Ja lapa, teiksim, ir laminēta, tā ir mazāk pakļauta bojājumiem, jo tā saliec. Tāpat ģenētiskās programmas elementi, kurus aizsargā spēcīgs pārklājums, labāk spēj iekļūt dažādās šūnās un pēc tam vairoties, šūnai sadaloties.
Pēc tam šis elements kļūst par strauji izplatīgu vīrusu. Nākamais solis ir šūna, kas reproducē vīrusu - bezjēdzīgu vai kaitīgu -, lai izstrādātu veidu, kā pret to cīnīties. Faktiski tieši tā parādījās CRISPR-Cas process, lai aizsargātu baktērijas no iebrukušajiem vīrusiem.
Šis process ļauj iegūtiem īpašumiem kļūt mantojamiem. Pirmās inficēšanās laikā CRISPR genoma salā tiek kopēts neliels vīrusa genoma fragments - sava veida paraksts (papildu genoma fragments, ārpus vecāku genoma teksta). Rezultātā infekcijas atmiņa saglabājas paaudzēm. Kad šūnas pēcnācējs ir inficēts ar vīrusu, secība tiks salīdzināta ar vīrusa genomu. Ja līdzīgs vīruss inficēja šūnas vecāku, pēcnācējs to atpazīs, un īpašie mehānismi to iznīcinās.
Zinātniekiem šis sarežģītais atšifrēšanas process prasīja daudzus gadu desmitus, arī tāpēc, ka tas bija pretrunā ar standarta evolūcijas teorijām. Bet līdz šim zinātnieki ir izdomājuši, kā atkārtot procesu, ļaujot cilvēkiem ar vislielāko precizitāti rediģēt noteiktus genomus - praktiski svēto Grālu ģenētiskās inženierijas jomā gandrīz 50 gadu laikā.
Tas nozīmē, ka zinātnieki var izmantot CRISPR-Cas mehānismu, lai labotu problēmas genomā - tas ir līdzvērtīgs drukas kļūdām rakstītā tekstā. Piemēram, vēža gadījumā mēs gribētu iznīcināt tos gēnus, kas ļauj audzēja šūnām vairoties. Mēs esam arī ieinteresēti gēnu ieviešanā šūnās, kuras nekad nav saņēmušas dabisku ģenētisko pārnešanu.
Šajos nolūkos nav nekā jauna. Bet ar CRISPR-Cas mēs esam daudz labāk sagatavoti, lai tos sasniegtu. Iepriekšējās metodes atstājušas pēdas modificētos genomos, veicinot, piemēram, rezistenci pret antibiotikām. No otras puses, CRISPR-Cas mutācija neatšķiras no spontānās mutācijas. Tāpēc ASV Pārtikas un zāļu pārvalde ir nolēmusi, ka šādas sastāvdaļas nedrīkst marķēt kā ģenētiski modificētus organismus.
Reklāmas video:
Ja vajadzēja modificēt vairākus gēnus, iepriekšējās metodes bija īpaši sarežģītas, jo process bija jāveic secīgi. Pateicoties CRISPR-Cas, spēja vienlaikus veikt genoma modifikācijas ļāva radīt sēnes un ābolus, kas, nonākot saskarē ar gaisu, neoksidējas vai kļūst brūni - rezultāts, kas prasa vienlaicīgu vairāku gēnu deaktivizēšanu. Šie āboli jau ir tirgū un netiek uzskatīti par ģenētiski modificētiem organismiem.
Citas lietojumprogrammas tiek izstrādātas. Tā sauktā gēnu ģenerēšanas procedūra, lai manipulētu ar genomu, var samazināt kaitējumu, ko rada slimību pārnēsājošie kukaiņi. Mērķtiecīgas modifikācijas odi - pasaules nāvējošākie cilvēkiem - dēļ padarītu tos nespējīgus pārnēsāt vīrusu vai parazītu.
Bet CRISPR-Cas lietošanai ir jāpieiet piesardzīgi. Kaut arī šī tehnoloģija var izrādīties noderīga cīņā pret daudzām nāvējošām slimībām, tā arī rada nopietnus un potenciāli pilnīgi neparedzamus riskus. Pirmkārt, tāpēc, ka genomi reproducējas un izplatās reprodukcijas ceļā, modificējot visu populāciju, būs jāmaina tikai ierobežots skaits indivīdu, it īpaši, ja organisma dzīves cikls ir īss.
Turklāt, ņemot vērā kaimiņu sugu hibridizācijas visuresamību, ir iespējams, ka vienas odu sugas modifikācijas pakāpeniski un nekontrolēti izplatīsies arī citās sugās. Dzīvnieku genomu analīze rāda, ka šādi notikumi ir notikuši pagātnē, kad sugas ir notverti ar ģenētiskiem elementiem, kas varētu ietekmēt ekosistēmu līdzsvaru un sugu evolūciju (lai gan nav iespējams pateikt, kā tā notiks). Un, ja moskītu populācijas maiņa ir bīstama, nav zināms, kas varētu notikt, ja modificētu cilvēka šūnas - it īpaši cilmes šūnas - bez rūpīgas analīzes.
CRISPR-Cas tehnoloģija ir gatava mainīt pasauli. Mūsdienu galvenais izaicinājums ir nodrošināt, lai šīs izmaiņas darbotos.
Antuāns Dančins