Da li je programiranje gena na vidiku?

Deceniju pre nego što će MIT Tech Review prozvati CRISPR-Cas9 “biotech otkrićem veka”, proizvođači sireva i jogurta su se oslanjali na CRISPR kako bi zaštitili proizvode od kvarenja.

Marija Gavrilov - 4. Decembar, 2015.

Dizajnirane bebe za sada neka ostanu u fantastici – iako su mejnstrim mediji omrsili brke senzacionalističkim naslovima o upotrebi CRISPR-Cas9 sistema u modifikovanju ljudskog DNK, o naprecima biologije i tehnologije u ovom slučaju valja ostati prizeman – jer i tu gde smo ima mnogo toga neverovatnog.

Radi se o sistemu editovanja DNK, koji obećava precizno i jednostavnije menjanje gena – što će voditi boljem razumevanju, pa i izlečenju nekih od najsmrtonosnijih genetskih bolesti i poremećaja.

Naučnici razvijaju mogućnost editovanja gena još od 70-ih godina prošlog veka i ovo nije novost; ono što jeste novost je to što ispitivanja i eksperimenti u poslednjih par godina otvaraju mogućnost da korišćenjem sistema CRISPR-Cas9 modifikuju određene delove gena gotovo jednostavno i precizno kao da prepravljate grešku u tekstu.

CRISPR u vašem jogurtu

Deceniju pre nego što će MIT Tech Review prozvati CRISPR-Cas9 “biotech otkrićem veka”, proizvođači sireva i jogurta su se oslanjali na CRISPR kako bi zaštitili proizvode od bakteriofaga – virusa koji proždiru vredne bakterije i, u ovom slučaju, vode bacanju namirnica.

Screen Shot 2015-12-02 at 1.04.09 PM

 

CRISPR-Cas9 je, zapravo, prastari odbrambeni mehanizam koji je sastavni deo širokog spektra bakterija. Naučnici ga posmatraju još od 80-ih, a ono što im je izazvalo interesovanje jeste to što se jedna sekvenca DNK ponavlja iznova nekoliko puta, a između ponavljanja javljaju se unikatne sekvence. Ovo su nazvali “clustered regularly interspaced short palindromic repeats”, ili CRISPR. Unikatne sekvence između ponavljanja, kasnije otkrivaju, pripadaju virusima, i to onima koji ciljaju bakterije – a CRISPR čini imuni sistem bakterije. Drugi deo odbrambenog mehanizma čini Cas, set enzima (skraćeno od CRISPR-associated proteins) koji poput skalpela seku DNK virusa koji napada i tako sprečava njegovo razmnožavanje.

Cas pod brojem 9 samo je jedan od Cas enzima, a nalazi se u streptokokama koje kod čoveka izazivaju niz oboljenja (sećate se upale grla?). Pod instrukcijama CRISPRa, Cas9 seče neprijateljsku DNK, a naučnici istražuju mogućnosti implementacije ovog sistema i na DNK ostalih živih bića.

Model T genetike

Prošle godine su kineski naučnici isecanjem tri gena u pšenici uspeli da načine biljku potpuno rezistentnom prema jednom od najštetnijih gljivičnih oboljenja. Septembra ove godine japanski naučnici su koristili tehniku ne bi li produžili život paradajzu, uklanjajući gene koji kontrolišu brzinu njegovog sazrevanja. Osnaživanje uzgajanja hrane na ovaj način je manje kontroverzan u odnosu na GMO, jer nema unosa stranih DNK u ono što jedemo.

Razvoj tehnike obećava i napretke na polju tretiranja ljudskih oboljenja – omogućilo je pažljivije ispitivanje kompleksnih bolesti poput Hantingtonove ili srpaste anemije. Sistem će promeniti i ispitivanje raka, jer će dati bolji uvid u detalje povezivanja kancerogenih ćelija.

Izučavanja mogućnosti, ograničenja, rizika trajaće godinama unutar laboratorija pre nego što uđe u klinike, a ispitivanja će se vršiti na ljudskim embrionima koji su stali u razvoju, životinjama, biljkama i mikroorganizmima. Značaj onoga što se sada dešava u biologiji i bioinženjeringu, najbolje opisuje izjava Henka Grilija, direktora Stenfordovog Centra za pravo i bionauke:

CRISPR je model T genetike. Model T nije bio prvi automobil, ali je promenio način na koji vozimo, radimo i živimo. CRISPR je načinio jedan težak proces jeftinim i pouzdanim.

Na preseku akademske zajednice i startapa

Modeli T današnjice nastaju na tački spajanja “prirodnih” i kompjuterskih nauka, a potvrda ovoga dolazi i iz najcenjenije investicione firme u svetu tehnologije, Andrisen Horovic. Prošlog meseca je firma podigla fond od dodatnih 200 miliona dolara koje će ulagati u najprosperitetnije softverske startape na polju biologije. Ono što je još zanimljivije jeste to da fond vodi univerzitetski profesor Vidžej Pande, koji će svoje obaveze deliti između Stenforda i fonda.

Kompjuterske nauke su do sada imale ogroman uticaj na biologiju, ali je tek od nedavno zbir trendova – opadajući troškovi čuvanja podataka, senzora i analize, kao i kontinuirano zastupanje Murovog zakona i renesansa mašinskog učenja – kreirao priliku da softver spoji komjuterizaciju i biologiju.

Prvi mejnstrim proizvodi koji su rezultat velike inovacije, poput Fordovog Modela T, donose veliki profit, te ne čudi što su u borbi za patent i licenciranje CRISPR-Cas9 sistema uveliko uključeni i sami istraživači. Prošle godine su u Silikonskoj dolini nagradu “Breakthrough prize” vrednu 3 miliona dolara, iza koje stoje baje poput Cukerberga, dobili naučnica i naučnik Dženifer Dudna i Emanuel Šarpentijer za razvijanje sistema, ali je ukus u ustima ogorčio kada je patent za CRISPR-Cas9 dodeljen ekipi sa MITa predvođene naučnikom Žengom. Patent omogućava da oni koji ga imaju poseduju kontrolu nad svakom komercijalnom upotrebom izuma – vrednost se meri milijardama dolara.

Rubrika biotehnologija je pod pokroviteljstvom Seven Bridgesa →