От създаването си преди четири десетилетия генното инженерство се е превърнало в източник на голяма надежда в здравеопазването, селското стопанство и промишлеността. Но също предизвика дълбока загриженост, не на последно място поради трудоемкостта на процеса на редактиране на генома. Сега нова техника, CRISPR-Cas, предлага както прецизност, така и възможност за промяна на текста на генома на няколко места едновременно. Но това не премахна причината за безпокойство.
Геномът може да се разглежда като своеобразен музикален рейтинг. По същия начин, по който нотите казват на музиканти в оркестър кога и как да свирят, геномът казва на съставните части на клетката (обикновено протеини) какво трябва да правят. Оценката може да включва и бележките на композитора, които показват възможни промени, превишения, които могат да бъдат добавени или изключени, според случая. За генома такива "бележки" възникват от живота на клетките през много поколения в постоянно променяща се среда.
Генетичната програма на ДНК е близка до крехка книга: редът на нейните страници може да се промени, а някои дори да се преместят в програмата на други клетки. Ако страницата е, да речем, ламинирана, тя е по-малко податлива на повреда, докато се прелиства. По същия начин, елементи от генетичната програма, защитени от силно покритие, са по-способни да проникнат в различни клетки и след това да се възпроизвеждат, докато клетката се дели.
Впоследствие този елемент се превръща в бързо разпространяващ се вирус. Следващата стъпка е клетка, която възпроизвежда вируса - безполезен или вреден - да разработи начин за противодействие. И всъщност по този начин процесът CRISPR-Cas се появи за първи път, за да защити бактериите от нахлуващи вируси.
Този процес позволява придобитите свойства да станат наследствени. По време на първата инфекция малък фрагмент от вирусен геном - вид подпис - се копира в CRISPR геномния остров (допълнителен фрагмент на генома, извън текста на родителския геном). В резултат на това паметта на инфекцията се запазва в продължение на поколения. Когато потомък на клетка е заразен с вирус, последователността ще бъде сравнена с вирусен геном. Ако подобен вирус зарази родителя на клетката, потомъкът ще го разпознае и специални механизми ще го унищожат.
За учените този сложен процес на дешифриране отне много десетилетия, не на последно място, защото противоречи на стандартните теории на еволюцията. Но към днешна дата учените са измислили как да възпроизведат процеса, позволявайки на хората да редактират конкретни геноми с максимална точност - практически светият граал на генното инженерство за близо 50 години.
Това означава, че учените могат да използват механизма CRISPR-Cas, за да коригират проблеми в генома - еквивалентът на печатни грешки в писмен текст. Например, в случай на рак, бихме искали да унищожим онези гени, които позволяват на туморните клетки да се размножават. Също така се интересуваме от въвеждането на гени в клетки, които никога не са ги получавали чрез естествено генетично предаване.
За тези цели няма нищо ново. Но с CRISPR-Cas ние сме много по-добре подготвени да ги постигнем. Предишните методи са оставили следи в модифицираните геноми, допринасяйки например за антибиотичната резистентност. За разлика от тях, мутация, произведена от CRISPR-Cas, не се различава от мутация, възникнала спонтанно. Ето защо Американската агенция по храните и лекарствата реши, че такива съставки не трябва да бъдат етикетирани като генетично модифицирани организми.
Промоционално видео:
Ако трябваше да бъдат модифицирани няколко гена, предишните методи бяха особено трудни, тъй като процесът трябваше да се извърши последователно. Благодарение на CRISPR-Cas, възможността едновременно да извършва модификации на генома позволи създаването на гъби и ябълки, които не се окисляват или стават кафяви при контакт с въздух - резултат, който изисква едновременно дезактивиране на няколко гена. Тези ябълки вече са на пазара и не се считат за генетично модифицирани организми.
Други приложения са в процес на разработка. Така наречената процедура за генериране на ген за манипулиране на генома може да намали вредата, причинена от насекомите, пренасящи болести. Насочената модификация на гамети в комарите - най-смъртоносната за хората в света - ще ги направи неспособни да предават вирус или паразит.
Но към използването на CRISPR-Cas трябва да се подхожда с повишено внимание. Въпреки че тази технология може да се окаже благодат в борбата с много смъртоносни заболявания, тя също носи сериозни и потенциално напълно непредвидими рискове. Първо, тъй като геномите се възпроизвеждат и разпространяват чрез размножаване, модифицирането на цяла популация ще изисква модифициране само на ограничен брой индивиди, особено ако жизненият цикъл на организма е кратък.
Освен това, като се има предвид повсеместността на хибридизацията сред съседните видове, е възможно модификацията на един вид комар постепенно и неконтролируемо да се разпространи и в други видове. Анализ на животински геноми показва, че подобни събития са се случвали в миналото, като видовете са били улавяни от генетични елементи, които биха могли да повлияят на балансите на екосистемите и развитието на видовете (въпреки че е невъзможно да се каже как). И ако смяната на популацията на комари е опасна, не се знае какво би могло да се случи, ако променим човешките клетки - по-специално, зародишните клетки - без внимателен анализ.
Технологията CRISPR-Cas е готова да промени света. Основното предизвикателство днес е да се гарантира, че тези промени работят.
Антоан Данчин