Mi a CRISPR technika Research and Science News
Az új technika forradalmasítja a géntechnológiát. De vajon a CRISPR/Cas9 molekuláris olló olyan előnyös-e, mint ígérik?
A CRISPR/Cas9 génszerkesztési technika úgy működik, mint a szelektív olló, amely nagy pontossággal és hatékonysággal vágja le és módosítja a genom bármely szekvenciáját. De vajon mindig megbízhatóak-e? [iStock/vchal]
A géntechnológia megújulási lökést tapasztal. Egy évtizeddel az emberi genom projekt után, amely nem minden várt eredményt hozott, megjelent egy technika, amelynek lehetőségei végtelennek tűnnek. A CRISPR/Cas9 molekuláris olló, amely példátlan pontossággal módosítja a DNS-t a kiválasztott pontokon, új reményt kelt. A stratégia már forradalmasítja a géntechnológia minden területét, és vitathatatlannak tartják, hogy felfedezői méltók lesznek a Nobel-díjra. A módszer azonban nem mentes a problémáktól. Az általa kiváltott nem kívánt hatások, technikai korlátozások és etikai kifogások a génszerkesztés fő akadályait jelentik.
Hogyan működik a CRISPR/Cas9?
A CRISPR/Cas9 génszerkesztési technika a baktériumok komplex immunrendszerén alapul, amely megvédi őket a vírusoktól. Ez egy megszerzett vagy adaptív immunitás, amely "megjegyzi" a kórokozók DNS-szekvenciáit a korábbi támadásokból, és új fertőzés esetén levágja a DNS-eket.
A felismerés és a vágás éppen ezt a kombinációját használja a CRISPR/Cas9 technika. A legegyszerűbb változatban a Cas9 nevű fehérjét és egy felismerési szekvenciát kódoló RNS-t injektálunk a sejtbe. A sejt az RNS segítségével szintetizálja a fehérjét, amelyet a hozzáadott felismerő RNS-sel együtt működtetnek: a Cas9 pontosan oda vágja a kettős szálú DNS-t, ahol a kapcsolódó RNS-fragmens megmondja. Mivel bármilyen RNS-szekvencia mesterséges szintetizálása lehetséges, egy ilyen kombináció lehetővé teszi bármely genom bárhol történő vágását, legalábbis elméletileg.
Az úgynevezett CRISPR szekvenciák, amelyek a baktériumok genetikai anyagában vannak jelen, az 1980-as évek óta ismertek. Francisco J. M. Mojica mikrobiológus, az Alicante Egyetem munkatársa alapvetően hozzájárult annak felfedezéséhez és elnevezéséhez. A rövidítés a "rendszeresen elhelyezett, csoportosított rövid palindrom ismétlődések" kifejezésre utal, vagyis olyan rövid palindrom szekvenciákat ismétel, amelyeket más genetikai anyag választ el egymástól, és amelyek gyakran megjelennek a genomban meghatározott helyeken. Kiderült, hogy az ismétlődő szekvenciák közötti genetikai anyag gyakran vírusokból származik, ami arra a következtetésre vezetett, hogy a CRISPR megfelel egy olyan rendszernek, amely lehetővé tette a baktériumok számára, hogy megvédjék magukat ellenük.
Később megfigyelték, hogy az ezzel a rendszerrel rendelkező összes baktérium a CRISPR közelében társított géneket hívott cas-nak. Ezek alkotják az antivirális védekezés alapvető elemét. A baktériumban található CRISPR rendszer "kinyeri" a vírus DNS-t és integrálja annak egy részét a baktérium genom ismétlődő szekvenciái közé. Ennek eredményeként a sejt a vírus DNS-sel komplementer RNS-t termel, és összeállítja azt Cas fehérjékkel. Ha egy vírus megpróbálja újból megfertőzni a sejtet ezzel a DNS-sel, az RNS "felismeri" a vírus genomját, majd a Cas fehérjék úgy vágják le, hogy az ne okozzon ismét kárt.
A génszerkesztési technika eredete azon a felfedezésen alapul, hogy a Cas fehérjék bármilyen DNS-t kivágnak, amennyiben megfelelő felismerési RNS-sel rendelkeznek, és ezt teszi a CRISPR/Cas9. A vágás után a sejt természetes helyreállítási mechanizmusaira támaszkodnak, amelyek spontán indulnak el.
Ha ekkor a genomnak csak a két részét választják el, akkor egy sejtjavító mechanizmus lép közbe, amely újra összeköti őket, bár gyakran pontatlan, és úgynevezett indeleket, kis DNS-fragmenseket állít elő, amelyeket a vágáskor illesztenek be vagy eliminálnak, és letilthatja az érintett géneket. Amikor azonban a DNS szabadon lebeg a sejtben a két laza végével, egy másik pontosabb rendszer, az úgynevezett homológ rekombinációs javítás (HDR) lép közbe, amely újra összeköti őket, és specifikus változásokhoz vezet a genomban.
Mik az etikai kérdések?
A szakértők régóta vitatják az emberek genetikai módosításával kapcsolatos alapvető etikai kérdéseket. De a vita eddig pusztán hipotetikus volt, mivel az eljárások túl nyersek és pontatlanok voltak ahhoz, hogy komolyan át lehessen fordítani őket emberi kísérletekbe. De a génszerkesztés elvileg lehetővé teszi a genom változásainak nagy pontossággal történő bevezetését. Valójában már 2015-ben több kínai munkacsoport beszámolt arról, hogy a CRISPR/Cas9 módszerrel megpróbáltak bizonyos örökletes betegségeket kiküszöbölni az emberi embriókból. A betegségeket okozó gének helyreállítása jelenleg a legkézenfekvőbb alkalmazás az embereknél, mivel senki sem emelhet kifogást ennek terápiás céljaival szemben.
Vagy tulajdonképpen igen? A kritikusok attól tartanak, hogy az ilyen eljárások tovább halasztják a "genetikai hiba" meghatározását, amíg a legszükségesebb genetikai változat kivételével az összes hibásnak tekinthető, és ezért javításra szorul. A csecsemővonal módosításainak etikájával kapcsolatos, többé-kevésbé hasznos megfontolás tárgyát képező, tervező baba a gyógyítás ürügyén jelenik meg.
A legsürgetőbb probléma azonban nem a tervező csecsemők lehetséges következményei, sokkal inkább azok a következmények, amelyeket az ilyen kísérletek a tényleges genetikai hatások rendkívül hiányos ismereteire tekintettel fognak gyakorolni. Az "egyedi" baba létrehozásának kutatása évtizedeket vehet igénybe, de nem világos, hogy egy ilyen várakozás mindenkit elriaszt-e. Lehet, hogy az ilyen kísérleteket egyszerűen tiltják, mivel 2015-ben a kísérletek növelik bizonyos vírusok fertőzőképességét.
Éppen ellenkezőleg, az öröklött betegségek felszámolása már napirenden van. Bizonyos esetekben egyetlen gén, esetleg egyetlen allél korrigálása valószínűleg hamarosan megvalósítható. A legtöbb szakértő ezt az opciót etikailag igazolhatónak tartja. Még ebben az esetben is fennáll annak a kockázata, hogy a beavatkozás kiszámíthatatlan hosszú távú következményekkel járhat, ha például a korrigált gént átadják az utódoknak, és olyan hatással van rájuk, amire senki sem számított. A közelmúltban óriási vitákat váltott ki egy kínai kutató meglepő bejelentése, miszerint ikerlányoknak adott életet, akiknek genomja szerkesztett volt, hogy megvédje őket a HIV-től.
Ma a CRISPR/Cas9 és a kapcsolódó módszerek már forradalmasítják az összes olyan területet, ahol a genetikai módosítás érdekes lehet. A genetikai szerkesztés könnyebb és pontosabb, mint bármely más, eddig tervezett technika. De mindenekelőtt egyértelműnek kell lennie, hogy mit jelent a "genetikailag módosított organizmus": van-e olyan, amelynek egy génje a CRISPR/Cas9 által módosított egy helyen? Vagy csak új változatot adott a természetes génállományába? Disznó endogén retrovírusai nélkül, mint bármely más disznó?