Pojasnjeno: Nobelova nagrada za kemijo za škarje za urejanje genov

Emmanuelle Charpentier in Jennifer Doudna si delita nagrado za kemijo CRISPR, ki omogoča znanstvenikom, da 'režejo-prilepijo' znotraj genetskega zaporedja. To ima različne možne uporabe, vendar vzbuja tudi etične pomisleke.

Najprej raziskovalci umetno ustvarijo vodilno RNA, ki pomaga pripeljati genetske škarje do mesta v genomu, kjer bo narejen rez. Za urejanje gena posebej oblikujejo majhno predlogo DNK. Ko celica popravi rez, bo uporabila to predlogo DNK. To spremeni kodo v genomu. (Johan Jarnestad/Kraljeva švedska akademija znanosti)

Njegovo preprostost so pogosto primerjali z mehanizmom »Izreži-kopiraj-prilepi« v katerem koli urejevalniku besedil (ali verjetno enako pogostim mehanizmom »Najdi-zamenjaj«), medtem ko lahko njegova uporaba potencialno preoblikuje človeka in vse druge oblike življenja. Potencialno lahko odpravi genetske in druge bolezni, pomnoži kmetijsko proizvodnjo, popravi deformacije in celo odpre bolj sporne možnosti za proizvodnjo 'dizajnerskih dojenčkov' in prinaša kozmetično popolnost. Pravzaprav je mogoče popraviti ali 'urediti' vse, kar je povezano z delovanjem genov.

Tehnologija CRISPR (okrajšava za precej neelegantno imenovane Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) tehnologija za urejanje genov, odkar je bila razvita leta 2012, sproža ogromno navdušenja, tako zaradi obljube, ki jo drži pri izboljšanju kakovosti življenja, in nevarnosti njegove zlorabe. Na stotine znanstvenikov in laboratorijev je od takrat začelo delati na tehnologiji za različne namene. V zadnjih osmih letih je tehnologija svojim razvijalcem prinesla vrsto nagrad in priznanj. V sredo je dosegla vrhunec z Nobelovo nagrado za kemijo za dve ženski, ki sta začeli vse, 52-letno Emmanuelle Charpentier iz Francije in 56-letno Američanko Jennifer Doudno.

To je verjetno edini čas v zgodovini Nobelove nagrade, da sta bili dve ženski razglašeni za edina dobitnika.

Tehnologija

Urejanje ali spreminjanje genskih sekvenc ni nič novega. To se dogaja že nekaj desetletij, zlasti na področju kmetijstva, kjer je bilo več pridelkov gensko spremenjenih, da bi zagotovili posebne lastnosti.

Toda CRISPR je naredil urejanje genov zelo enostavno in preprosto ter hkrati izjemno učinkovito. In možnosti so skoraj neskončne, je dejal Debojyoti Chakraborty, ki dela s to tehnologijo na CSIR-Inštitutu za genomiko in integrativno biologijo v New Delhiju.

V bistvu tehnologija deluje na preprost način - locira določeno območje v genetskem zaporedju, za katerega je bila diagnosticirana, da je vzrok težave, ga izreže in nadomesti z novim in pravilnim zaporedjem, ki ne povzroča več problem.

Tehnologija posnema naravni obrambni mehanizem v nekaterih bakterijah, ki uporabljajo podobno metodo za zaščito pred virusnimi napadi.

Molekula RNA je programirana tako, da locira določeno problematično zaporedje na verigi DNK, posebna beljakovina, imenovana Cas9, ki je zdaj v popularni literaturi pogosto opisana kot 'genetske škarje', se uporablja za prekinitev in odstranitev problematičnega zaporedja. Ko se veriga DNK pretrga, ima naravno težnjo, da se popravi. Toda mehanizem samodejnega popravila lahko privede do ponovne rasti problematičnega zaporedja. Znanstveniki posredujejo med tem postopkom samodejnega popravila z dobavo želenega zaporedja genetskih kod, ki nadomesti izvirno zaporedje. To je tako, kot da bi nekje vmes odrezali del dolge zadrge in ta del zamenjali s svežim segmentom.

Ekspresno razloženoje zdaj vklopljenoTelegram. Kliknite tukaj, da se pridružiš našemu kanalu (@ieexplained) in bodite na tekočem z najnovejšimi

Ker je celoten proces programljiv, ima izjemno učinkovitost in je že prinesel skoraj čudežne rezultate. Obstaja veliko bolezni in motenj, vključno z nekaterimi oblikami raka, ki jih povzroča neželena genetska mutacija. Vse to je mogoče popraviti s to tehnologijo. Veliko aplikacij je tudi drugod. Genetska zaporedja organizmov, ki povzročajo bolezni, se lahko spremenijo, da postanejo neučinkoviti. Gene rastlin je mogoče urediti tako, da so odporne proti škodljivcem ali izboljšati njihovo toleranco na sušo ali temperaturo.

Glede na njegove posledice je to verjetno najpomembnejše odkritje v znanosti o življenju po odkritju strukture dvojne vijačnice molekule DNK v petdesetih letih prejšnjega stoletja, je dejal Siddharth Tiwari z Nacionalnega inštituta za kmetijsko-živilsko biotehnologijo s sedežem v Mohali, ki je bil z uporabo tehnologije CRISPR na genih rastline banane.

Emmanuelle Charpentier in Jennifer Doudna za odkritje genetskih škarij CRISPR/Cas9, s katerimi je mogoče spremeniti DNK živih bitij.

Zmagovalci

Charpentier in Doudna sta delala neodvisno, ko sta naletela na različne informacije, ki so se kasneje združile, da bi jih razvili v to tehnologijo. Charpentier, biologinja, ki je takrat delala v laboratoriju na Švedskem, je potrebovala strokovno znanje biokemika za obdelavo novih informacij, ki jih je dobila o genetskih sekvencah v določeni bakteriji, na kateri je delala, imenovani Streptococcus pyogenes.

Slišala je za Doudnino delo na kalifornijski univerzi Berkeley in sta se srečala na znanstveni konferenci v Portoriku leta 2011, glede na poročilo, objavljeno na spletni strani Nobelove nagrade. Chapentier je predlagal sodelovanje, na kar se je Doudna strinjal. Njihove raziskovalne skupine so nato naslednje leto sodelovale na dolge razdalje. V enem letu jim je uspelo predstaviti revolucionarno tehnologijo urejanja genov.

Več drugih znanstvenikov in raziskovalnih skupin je prav tako pomembno prispevalo k razvoju te tehnologije. Nekdo, kot je Virginijus Siksnys, biokemik, ki dela na univerzi v Vilni v Litvi, je splošno priznan kot soizumitelj te tehnologije. Pravzaprav je Siksnys za to tehnologijo z Doudno in Chapentierjem delil nagrado Kavli za leto 2018 v nanoznanosti. Toda pomemben prispevek obeh žensk je nesporen. Njihov dosežek je bil v zadnjih nekaj letih priznan z več prestižnimi nagradami, vključno z nagrado Breakthrough Prize in Life Sciences leta 2015 in Wolfovo nagrado za medicino v začetku tega leta.

V znanstveni skupnosti se je pojavilo nekaj mrmanja o tem, da je Nobelova nagrada za kemijo pripadla biologom. A očitno to ni nov pojav. Osrednja vloga kemije v znanostih o življenju – na molekularni ravni je biologija v bistvu kemija – je zagotovila, da je bilo v zadnjem času podeljenih vedno večje število Nobelovih nagrad za delo na področju biokemije. Pravzaprav je raziskovalna naloga, objavljena v začetku tega leta, poudarila ta postopni premik v naravi nagrade za kemijo. Po Chemistry World, novičarski reviji, ki jo izdaja Royal Society of Chemistry, je od 189 znanstvenikov, ki so bili do sedaj nagrajeni z Nobelovo Nobelovo nagrado za kemijo, 59 delalo na področju biokemije. To je bilo več kot katera koli druga veja kemije.

Preberite tudi | Nobelove nagrade za fizika in Zdravilo

Etični pomisleki

Novembra 2018 je kitajski raziskovalec v Shenznu ustvaril mednarodno senzacijo s svojo trditvijo, da je spremenil gene človeškega zarodka, kar je na koncu privedlo do rojstva deklet dvojčkov. To je bil prvi dokumentirani primer, ko so bili 'oblikovački dojenčki' proizvedeni z uporabo novih orodij za urejanje genov, kot je CRISPR, in je sprožil natanko takšne etične pomisleke, o katerih so govorili znanstveniki, kot je Doudna.

V primeru kitajskih dvojčkov so bili geni urejeni, da bi zagotovili, da se ne okužijo s HIV, virusom, ki povzroča aids. To posebno lastnost bi potem podedovale tudi njihove naslednje generacije. Pomisleki niso bili toliko povezani z razlogom, zakaj je bila tehnologija uporabljena, kot z etiko rojevanja dojenčkov s posebnimi genetskimi lastnostmi. Znanstveniki so poudarili, da je problem v tem primeru, potencialna okužba z virusom HIV, že imel druge alternativne rešitve in zdravljenja. Zadevo je še poslabšalo to, da je bilo urejanje genov verjetno opravljeno brez kakršnega koli regulativnega dovoljenja ali nadzora. Drugi so tudi poudarili, da čeprav je bila tehnologija CRISPR neverjetno natančna, ni bila 100-odstotno natančna in je možno, da bi se lahko po pomoti spremenili tudi nekateri drugi geni.

Doudna se je sama zavzemala za razvoj mednarodnih pravil in smernic za uporabo tehnologije CRISPR in se zavzemala za splošno ustavitev tovrstnih aplikacij do takrat.

Delite S Prijatelji: