Šiame tinklaraščio įraše apžvelgiame dabartinę genų redagavimo technologijos būklę ir jos keliamus etinius bei socialinius iššūkius.
Nuo tada, kai buvo atrasti genai, bandymai juos redaguoti buvo tęsiami. Pirmasis genų konceptualizavimas įvyko XIX amžiaus pabaigoje ir XX amžiaus pradžioje, o nuo to laiko tęsiasi mokslinės pastangos suprasti jų vaidmenį ir jų veikimą. 19-aisiais genetika padarė milžinišką šuolį į priekį atradusi dvigubos DNR spiralės struktūrą ir pradėta diskutuoti apie genų redagavimo galimybę. Aštuntajame dešimtmetyje gimė nauja genų inžinerijos sritis, nuoširdžiai pradėti konkretūs tyrimai ir eksperimentai, siekiant, kad genų redagavimas taptų realybe. Jis jau sėkmingai panaudotas maisto produktyvumui gerinti, vis dar bandoma pritaikyti įvairiose srityse.
Genų redagavimas – tai naujos rekombinantinės DNR kūrimo procesas įterpiant arba pašalinant specifinius genus. Šis procesas yra padalintas į šiuos veiksmus: pjaustymas, atskyrimas, sujungimas ir DNR replikavimas, o pirmasis žingsnis yra svarbiausias. Tikslios norimos dalies iškirpimas yra pirmasis žingsnis ir raktas į genų redagavimą. Šiame straipsnyje apžvelgsime šios technologijos praeitį ir dabartį.
Pirmoji panaudota genų pjaustymo technologija buvo natūralūs restrikcijos fermentai. Restrikcijos fermentai yra fermentai, kuriuos gamina bakterijos, kai jas užpuola virusas, vadinamas bakteriofagu, kuris į bakterijų ląstelę suleidžia savo genus ir apsaugo bakterijas, supjaustydamas bakteriofago suleidžiamą DNR. Restrikcijos fermentai veikia atpažindami specialų sekų rinkinį, vadinamą palindromais. Kiekvienas restrikcijos fermentas, gautas iš šimtų skirtingų mikroorganizmų, turi skirtingą atpažinimo palindromą, kurį naudojant mėgintuvėlyje galima supjaustyti DNR į norimas dalis. Restrikcijos fermentų naudojimas atvėrė duris genų inžinerijai, nes leido žmonėms supjaustyti genus į norimus regionus, tačiau jis taip pat turi aiškių apribojimų. Restrikcijos fermentai, gauti iš mikroorganizmų, paprastai atpažįsta šešias sekas ir, pritaikius didelėms aukštesniųjų organizmų chromosomoms, per dažnai nupjauna DNR, todėl ląstelė miršta. Dėl to ši technologija daugiausia apsiribojo bakterijomis.
Kai pirmą kartą buvo pristatyta restrikcijos fermentų technologija, mokslininkai suprato, kad ja galima manipuliuoti daugelio organizmų DNR. Visų pirma, Stanley Coheno ir Herberto Boyerio 1973 m. eksperimentas, kurio metu jie sukūrė pirmąją rekombinantinę DNR, naudodami šią technologiją, atvėrė naują genų inžinerijos skyrių. Šis sėkmingas eksperimentas įrodė, kad restrikcijos fermentai gali iškirpti genus tiksliai ten, kur jų reikia, ir atverti kelią laisvai manipuliuoti genais.
Kita panaudota genų pjaustymo technologija buvo žmogaus išrastas dirbtinės genetinės žirklės. Dirbtinės genetinės žirklės buvo išrastos siekiant išspręsti problemas, susijusias su natūralių restrikcijos fermentų pjovimo procesu. Viena iš dažniausiai iki šiol naudotų genetinių žirklių yra cinko piršto nukleazė. Jis buvo kuriamas nuo devintojo dešimtmečio. Cinko piršto nukleazė yra šešių cinko turinčių į pirštą panašių baltymų, vadinamų cinko pirštais, ir nukleazės, fermento, veikiančio 1980 nukleorūgštis, kompleksas. Cinko pirštai atpažįsta ir jungiasi prie konkrečių sekų, o fermentas, vadinamas Fok34, yra atsakingas už surišimo vietų ištrynimą. Tai savotiška nešvari bomba. Natūralūs restrikcijos fermentai atpažįsta maždaug šešias sekas, o cinko piršto nukleazės geno žirklės atpažįsta nuo 1 iki 18 bazių poras. Tai leidžia jiems nupjauti genomą tik vienoje ar dviejose vietose ir leidžia pritaikyti atpažintas bazines vietas sukuriant skirtingus cinko piršto variantus. Tai leido redaguoti genus aukštesniems gyvūnams, įskaitant žmones, ir lėmė proveržį genetinių ligų gydymui taikant genų redagavimą.
Dirbtinės genetinės žirklės, tokios kaip cinko piršto nukleazė, iš pradžių buvo naudojamos daugiausia laboratoriniams tyrimams, tačiau nuo to laiko jų taikymas išsiplėtė. Pavyzdžiui, jie labai prisidėjo prie žemės ūkio, pavyzdžiui, sukūrė eksperimentinius pelių modelius su specifiniais genetiniais defektais, kad galėtų tirti ligas, ir padidino tam tikrų kultūrų atsparumą ligoms taikant genetinę modifikaciją. Genetinių ligų gydymo srityje genų redagavimas atvėrė galimybę išgelbėti pacientų, sergančių mirtinomis genetinėmis ligomis, gyvybes.
Šiuo metu naudojama pjovimo technologija yra neseniai išrastos traškesnės žirklės. Be cinko piršto nukleazės, viena po kitos buvo išrastos TALE nukleazė, RGE nukleazė ir kitos genetinės žirklės, tačiau CRISPR-Cas9 atvėrė naują genų inžinerijos skyrių savo nepaprastu našumu. Jį išrado Danijos jogurto kompanijos mokslininkai, remdamiesi CRISPR sekos adaptyvia imunine funkcija, kurią jie atrado tirdami bakteriofagų atakuojamas pieno rūgšties bakterijas. Trumpai tariant, kai viruso DNR patenka į bakteriją, Cas9 baltymas ją supjausto, o tada transkribuoja RNR, kuri sujungia nupjautą viruso seką su CRISPR seka. Kitą kartą, kai užpuls tas pats virusas, RNR ir Cas9 sudaro kompleksą, kuris nugali virusą daug greičiau nei anksčiau. Įterpdami palindrominę seką, kurią norite iškirpti į CRISPR, sukuriate RNR, kuri veikia kaip vadovas ir sujungia ją su Cas9 baltymu, kad sukurtumėte savotiškas genetines žirkles. Skirtingai nuo ankstesnių genetinių žirklių, ši technologija naudoja RNR, o ne baltymus.
„Crisper“ žirklės yra revoliucinės dėl kelių priežasčių. Nors ankstesnėms genetinėms žirklėms reikėjo sukurti tūkstančius dirbtinių genų norimam baltymui gaminti, CRISPR naudoja RNR, kuri yra daug mažesnė už baltymą ir gali būti pagaminta naudojant paprastą manipuliavimą seka, labai sumažinant gamybos sąnaudas ir suteikiant galimybę masinei gamybai. RNR naudojimas taip pat labai sutrumpina apvaisinimo procesą, kuriam anksčiau reikėjo labai sudėtingo manipuliavimo organizmo genais embrioninių kamieninių ląstelių stadijoje, sušvirkščiant juos atgal į blastocistą, vėl implantuojant ir patikrinant. Tačiau naudojant CRISPR tai labai paprastas Cas9 ir norimos RNR įšvirkštimas į apvaisintą kiaušinėlį. Tai suteikė žmonėms galimybę manipuliuoti beveik bet kurio organizmo genais, įskaitant mus pačius. Dėl to anksčiau nepasiekiami moksliniai tyrimai tapo įmanomi dėl padidėjusio efektyvumo ir kainų konkurencingumo, todėl įmonės investavo daug į genų inžinerijos tyrimus.
Žmogaus prisilietimas taip pat pasiekia sritis, kurios iki moderniosios eros buvo laikomos Dievo sfera. Per šimtmetį genų inžinerija pažengė į priekį nuo pradinio bakterijų redagavimo etapo iki manipuliavimo žmogaus genais. Žadama didinti maisto produktyvumą, išgydyti genetines ligas, atkurti nykstančias rūšis, gydyti tam tikras ligas. Tačiau etinės diskusijos apie tai, ar žmonija gali susidoroti su šia nauja galia ir galimu šalutiniu genų redagavimo poveikiu, vis dar tik prasideda. Nors svarbu ištirti revoliucinių genetinių žirklių, žinomų kaip CRISPR, naudojimą, taip pat svarbu pradėti rimtą visuotinę diskusiją apie tai, kaip pažaboti beatodairišką jų naudojimą.
Nuo tada, kai atsirado CRISPR, revoliucinis technologijos pobūdis nuskambėjo toli už mokslo bendruomenės ribų, ypač bioetikos diskusijose, nes gebėjimas manipuliuoti žmogaus embrionais paskatino mokslinius tyrimus. Šiuo klausimu įvairių nuomonių išsakė ne tik mokslininkai, bet ir teisininkai, etikai, plačioji visuomenė, kai kuriais atvejais buvo diskutuojama apie teisinį reglamentavimą dėl Crisper technologijos naudojimo kriterijų ir ribų. Šios visuomenės diskusijos grindžiamos supratimu, kad „Crisper“ žirklės yra ne tik mokslinis įrankis, bet ir galinga jėga, galinti formuoti žmonijos ateitį.
