Un ghid simplu pentru CRISPR, una dintre cele mai mari povești științifice ale deceniului

Atunci. Multe. Lucruri.

Paul Knoepfler, profesor asociat la UC Davis School of Medicine, a declarat pentru Vox că CRISPR îl face să se simtă ca un „copil într-un magazin de dulciuri.”

La nivelul cel mai de bază, CRISPR poate face mult mai ușor pentru cercetători să își dea seama ce fac de fapt diferite gene în diferite organisme – de exemplu, eliminând gene individuale și văzând ce trăsături sunt afectate. Acest lucru este important: deși avem o „hartă” completă a genomului uman din 2003, nu știm cu adevărat ce funcție îndeplinesc toate aceste gene. CRISPR poate contribui la accelerarea analizei genomului, iar cercetarea genetică ar putea avansa masiv ca urmare.

Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că există numeroase CRISPR-uri. Așadar, CRISPR este de fapt un termen destul de larg. „Este ca și termenul „fruct” – descrie o întreagă categorie”, a declarat Zhang de la Broad. Când oamenii vorbesc despre CRISPR, ei se referă de obicei la sistemul CRISPR/Cas9 despre care am vorbit aici. Dar, în ultimii ani, cercetători precum Zhang au descoperit alte tipuri de proteine CRISPR care funcționează, de asemenea, ca editori de gene. Cas13, de exemplu, poate edita sora ADN-ului, ARN-ul. „Cas9 și Cas13 sunt ca merele și bananele”, a adăugat Zhang.

Adevărata distracție – și, potențial, adevăratele riscuri – ar putea veni din utilizarea CRISPR pentru a edita diverse plante și animale. Un articol publicat în 2016 în Nature Biotechnology de Rodolphe Barrangou și Doudna a enumerat o avalanșă de potențiale aplicații viitoare:

1) Editarea culturilor pentru a fi mai hrănitoare: Oamenii de știință din domeniul culturilor caută deja să folosească CRISPR pentru a edita genele diferitelor culturi pentru a le face mai gustoase sau mai hrănitoare sau pentru a le face mai bune supraviețuitoare la căldură și stres. Aceștia ar putea utiliza CRISPR pentru a elimina alergenii din alune. Cercetătorii coreeni încearcă să vadă dacă CRISPR ar putea ajuta bananele să supraviețuiască unei boli fungice mortale. Unii oameni de știință au arătat că CRISPR poate crea vaci de lapte fără coarne – un progres uriaș pentru bunăstarea animalelor.

Recent, companii importante precum Monsanto și DuPont au început să licențieze tehnologia CRISPR, în speranța de a dezvolta noi soiuri de culturi valoroase. Deși această tehnică nu va înlocui în totalitate tehnicile tradiționale de OMG, care pot transplanta gene de la un organism la altul, CRISPR este un nou instrument versatil care poate ajuta la identificarea mult mai rapidă a genelor asociate cu trăsăturile dorite ale culturilor. De asemenea, ar putea permite oamenilor de știință să insereze trăsăturile dorite în culturi cu mai multă precizie decât în cazul reproducerii tradiționale, care este un mod mult mai dezordonat de a schimba genele.

„Cu editarea genomului, putem face absolut lucruri pe care nu le puteam face înainte”, spune Pamela Ronald, genetician de plante la Universitatea Davis din California. Acestea fiind spuse, ea avertizează că acesta este doar unul dintre numeroasele instrumente de modificare a culturilor existente – iar obținerea cu succes a unor noi soiuri ar putea necesita încă ani de teste.

Este posibil, de asemenea, ca aceste noi instrumente să atragă controverse. Alimentele care au avut câteva gene eliminate prin CRISPR sunt în prezent reglementate mai ușor decât OMG-urile tradiționale. Factorii de decizie politică din Washington, DC, dezbat în prezent dacă ar avea sens să regândească reglementările în acest domeniu. Acest articol pentru Ensia de Maywa Montenegro aprofundează unele dintre dezbaterile pe care CRISPR le ridică în agricultură.

2) Noi instrumente pentru a opri bolile genetice: Oamenii de știință folosesc acum CRISPR/Cas9 pentru a edita genomul uman și a încerca să elimine boli genetice precum cardiomiopatia hipertrofică. De asemenea, ei caută să o folosească pe mutațiile care cauzează boala Huntington sau fibroza chistică și vorbesc despre încercarea de a o utiliza pe mutațiile BRCA-1 și 2 legate de cancerele de sân și ovarian. Oamenii de știință au demonstrat chiar că CRISPR poate elimina infecțiile cu HIV din celulele T.

Până acum, însă, oamenii de știință au testat acest lucru doar pe celule în laborator. Mai sunt încă câteva obstacole de depășit înainte ca cineva să înceapă testele clinice pe oameni reali. De exemplu, enzimele Cas9 pot, ocazional, să „greșească” și să editeze ADN-ul în locuri neașteptate, ceea ce, în celulele umane, ar putea duce la cancer sau chiar crea noi boli. După cum a declarat pentru STAT geneticianul Allan Bradley, de la Institutul Wellcome Sanger din Anglia, capacitatea CRISPR de a face ravagii în ADN a fost „subestimată în mod serios.”

Și, deși au existat, de asemenea, progrese majore în îmbunătățirea preciziei CRISPR și în reducerea acestor efecte în afara țintei, oamenii de știință îndeamnă la prudență în ceea ce privește testele pe oameni. Acesta este un motiv important pentru care experimentele lui Jiankui de a produce copii umani cu genomuri editate prin CRISPR sunt atât de controversate și alarmante. Cercetătorii care au examinat cele câteva descoperiri pe care Jiankui le-a dezvăluit public au spus că rezultatele au arătat că genele bebelușilor nu au fost editate cu precizie. De asemenea, mai este mult de lucru în ceea ce privește livrarea efectivă a moleculelor de editare în anumite celule – o provocare majoră în viitor.

3) Noi antibiotice și antivirale puternice: Una dintre cele mai înspăimântătoare date din domeniul sănătății publice este faptul că suntem pe cale să rămânem fără antibiotice eficiente, deoarece bacteriile dezvoltă rezistență la ele. În prezent, este dificil și costisitor să se dezvolte noi antibiotice pentru infecții mortale. Dar sistemele CRISPR/Cas9 ar putea, în teorie, să fie dezvoltate pentru a eradica anumite bacterii mai precis ca niciodată (deși, din nou, descoperirea mecanismelor de livrare va fi o provocare). Alți cercetători lucrează la sisteme CRISPR care să vizeze viruși precum HIV și herpesul.

4) Drivere genetice care ar putea modifica specii întregi: Oamenii de știință au demonstrat, de asemenea, că CRISPR ar putea fi folosit, în teorie, pentru a modifica nu doar un singur organism, ci o întreagă specie. Este un concept neliniștitor numit „gene drive.”

Acesta funcționează astfel: În mod normal, ori de câte ori un organism, cum ar fi o muscă de fructe, se împerechează, există o șansă de 50-50 ca acesta să transmită orice genă dată urmașilor săi. Dar, folosind CRISPR, oamenii de știință pot modifica aceste șanse astfel încât să existe o șansă de aproape 100% ca o anumită genă să fie transmisă. Utilizând această unitate genetică, oamenii de știință s-ar putea asigura că o genă modificată se propagă în scurt timp în întreaga populație:

Prin valorificarea acestei tehnici, oamenii de știință ar putea, să zicem, să modifice genetic țânțarii pentru a produce numai descendenți masculi – și apoi să folosească o unitate genetică pentru a împinge această trăsătură într-o întreagă populație. În timp, populația ar dispărea. „Sau s-ar putea adăuga pur și simplu o genă care să îi facă rezistenți la parazitul malariei, împiedicând astfel transmiterea acestuia la oameni”, explică Dylan Matthews de la Vox în articolul său despre CRISPR gene drive pentru malarie.

Suficient să spunem că există, de asemenea, obstacole care trebuie depășite înainte ca această tehnologie să fie implementată în masă – și nu neapărat cele la care v-ați aștepta. „Problema transmisiilor genetice pentru malarie devine rapid o problemă de politică și guvernare mai mult decât o problemă de biologie”, scrie Matthews. Autoritățile de reglementare vor trebui să își dea seama cum să gestioneze această tehnologie, iar eticienii vor trebui să se confrunte cu întrebări noduroase cu privire la corectitudinea acesteia.

5) Crearea de „bebeluși de design”: Aceasta este cea care primește cea mai mare atenție, și pe bună dreptate. Nu este întru totul neverosimil să ne gândim că într-o zi am putea fi suficient de încrezători în siguranța CRISPR pentru a o folosi pentru a edita genomul uman – pentru a elimina boli sau pentru a selecta pentru atletism sau inteligență superioară.

Dar încercarea recentă a lui Jiankui de a introduce protecție împotriva HIV în embrionii destinați sarcinii, care a implicat puțină supraveghere, nu este modul în care majoritatea oamenilor de știință doresc ca acest domeniu să avanseze.

Preocuparea este că nu există încă suficiente garanții pentru a preveni răul și nici suficiente cunoștințe pentru a face un bine definit. În cazul lui Jiankui, de asemenea, el nu și-a informat din timp universitatea despre experimentul său, probabil că nu a informat pe deplin părinții bebelușilor modificați cu privire la riscurile implicate și este posibil să fi avut un stimulent financiar din partea celor două companii biotehnologice afiliate.

Nici măcar nu suntem aproape de punctul în care oamenii de știință ar putea face în siguranță modificările complexe necesare, de exemplu, pentru a îmbunătăți inteligența, în parte pentru că implică atât de multe gene. Așa că nu vă duceți încă să visați la Gattaca.

„Cred că realitatea este că nu înțelegem încă suficient de mult despre genomul uman, cum interacționează genele, ce gene dau naștere la anumite trăsături, în majoritatea cazurilor, pentru a permite astăzi editarea în vederea îmbunătățirii”, a declarat Doudna în 2015. Cu toate acestea, ea a adăugat: „Acest lucru se va schimba în timp.”

Așteptați, chiar ar trebui să creăm bebeluși de design?

Datorită tuturor problemelor delicate asociate cu editarea genelor, mulți oameni de știință pledează pentru o abordare lentă în acest caz. Ei încearcă, de asemenea, să mențină conversația despre această tehnologie deschisă și transparentă, să construiască încrederea publicului și să evite unele dintre greșelile care au fost făcute cu OMG-urile. Dar, având în vedere ușurința de utilizare și costurile reduse ale CRISPR, este dificil să se țină sub control experimentele necinstite.

În februarie 2017, un raport al Academiei Naționale de Științe a afirmat că studiile clinice ar putea primi undă verde în viitor „pentru afecțiuni grave, sub o supraveghere strictă”. Dar a precizat, de asemenea, că „editarea genomului pentru ameliorare nu ar trebui să fie permisă în acest moment.”

Societatea încă trebuie să se confrunte cu toate considerentele etice în joc aici. De exemplu, dacă am edita o linie germinală, generațiile viitoare nu ar putea opta să nu participe. Modificările genetice ar putea fi dificil de anulat. Chiar și această poziție i-a îngrijorat pe unii cercetători, cum ar fi Francis Collins de la National Institutes of Health, care a declarat că guvernul SUA nu va finanța nicio editare genomică a embrionilor umani.

Între timp, cercetătorii din SUA care pot obține finanțare proprie, împreună cu alții din Marea Britanie, Suedia și China, merg mai departe cu propriile experimente.

Lectură suplimentară

• Julia Belluz a discutat despre implicațiile anunțului surprinzător al lui He Jiankui privind bebelușii umani cu genomul editat și despre perspectivele clinicilor CRISPR din SUA.
• Am relatat, de asemenea, despre două instrumente CRISPR care depășesc cele mai înfricoșătoare părți ale editării genelor.
• Ezra Klein a intervievat-o pe Jennifer Doudna de la UC Berkeley, unul dintre cei mai importanți cercetători CRISPR, în podcastul său din octombrie.
• Michael Specter’s „Rewriting the Code of Life” în New Yorker.
• Carl Zimmer se ocupă de mult timp de CRISPR. Articolul său din 2015 din Quanta merită citit.
• Sharon Begley a fost, de asemenea, pe ritmul CRISPR, și a despachetat recent cele mai recente studii privind potențialele prejudicii ale editării genelor.
• În 2016, Nature a explorat unele dintre limitările subtile ale CRISPR – și căutarea unor instrumente suplimentare de editare a genelor. Iar această piesă anterioară din Nature, scrisă de Heidi Ledford, este o scufundare încântător de ciudată în modurile în care cercetătorii ar putea folosi CRISPR pentru a explora genomul. Merită, de asemenea, să verificați această lucrare care enumeră toate aplicațiile viitoare ale CRISPR.

.