Mi a genetikai módosítás?
A különböző országok és szervezetek kissé eltérően definiálják a genetikai módosítást (GM). Általánosságban a GM egy élőlény genetikai információjának olyan megváltoztatására utal, amely egyébként természetes párosodás vagy szaporodás során nem következne be. Ez általában a biotechnológia olyan módszereinek alkalmazását jelenti, mint a “rekombináns DNS”, a “géncélzás” vagy a “genomszerkesztés” egy szervezet DNS-ének hozzáadására, törlésére vagy más módon történő megváltoztatására. A genetikai módosítás magában foglalhatja a genetikai anyag fajok közötti mozgatását is.
A géntechnológiával módosított szervezeteket (GMO), beleértve a mikrobákat, sejteket, növényeket és állatokat, már régóta használják a tudományos és orvosi kutatásban a biológiai folyamatok, valamint a betegségek mechanizmusainak megértésére. Az 1990-es évek óta próbálkoznak a géntechnológiák alkalmazásával a betegségek kezelésére vagy egyéb módosítások elvégzésére az embereken, amit “génterápiának” neveznek. Kevesebb mint egy maroknyi ilyen kezelést hagytak eddig jóvá a biztonsági és szabályozó hatóságok, például az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala.
A génterápia alkalmazása a betegségek genetikai okainak közvetlen kezelésére már régóta az orvosok, a tudósok és a betegek törekvése. Egyes betegségek, mint például a cisztás fibrózis vagy a sarlósejtes vérszegénység, viszonylag jól ismert, hogy egyes gének variánsai okozzák őket. Ezekben az esetekben van remény arra, hogy ha a betegséget okozó gén korrigálható vagy helyettesíthető, akkor lehetséges lehet a betegségben szenvedő egyének gyógyítása, vagy legalábbis a betegség súlyosbodásának megakadályozása. A génterápia azonban nehezebb az olyan összetettebb betegségek esetében, mint a szívbetegség, a cukorbetegség vagy a rák számos formája, amelyek sok gén közötti, illetve a gének és a környezet közötti kölcsönhatásból erednek.
Ahhoz, hogy a génterápiát az egyén születése utáni betegségek kezelésére lehessen használni, az érintett szövetek vagy szervek sejtjeinek jelentős részét módosítani kell. Ez technikai kihívást jelent a módosító gépek és/vagy a gének alternatív változatainak biztonságos és hatékony eljuttatása a célsejtekhez, valamint a sejtek genomjának sikeres, minimális hibával történő módosítása. Ha a módosítás a “csíravonalon” (beleértve a reproduktív sejteket, valamint a korai stádiumban lévő embriók sejtjeit) történik, akkor a következő generációk testének minden sejtje örökli a módosítást, valamint a folyamat során elkövetett hibákat vagy váratlan változásokat.
Mi a CRISPR?
A 2000-es évek vége óta a tudósok elkezdték kidolgozni a “genom (vagy gén) szerkesztés” néven ismert technikákat. A genomszerkesztés lehetővé teszi a tudósok számára, hogy változtatásokat hajtsanak végre a genom egy adott “célpontján”. Az egyik technika, amely hatékonysága és könnyű használhatósága miatt a legnagyobb izgalmat váltotta ki, az úgynevezett “CRISPR”. A CRISPR a “clustered regularly interspaced short palindromic repeats” (klaszterezett, rendszeresen egymás között elhelyezkedő rövid palindromos ismétlődések) rövidítése. A CRISPR-technológia alapja egy olyan rendszer, amelyet a baktériumok a vírusok elleni védelemre fejlesztettek ki. A tudósok most a CRISPR rendszer összetevőit vették át és alakították át a genomszerkesztés eszközévé.
A CRISPR rendszernek két összetevője van: egy “vezető RNS” (gRNS) néven ismert molekula, amelynek szekvenciája megegyezik a genom célterületével; és egy “nukleáz” (azaz egy DNS-vágó molekula), a Cas9. Amikor e két komponens a sejtbe kerül, a gRNS a komplementer bázispárosodás révén (azaz az A-k a T-khez, a G-k pedig a C-khez kötődnek) a genomi célhelyhez kötődik. A folyamat során a gRNS segít a Cas9-et a célhelyre juttatni, hogy a DNS kettős spirálját elvágja. A sejt természetes DNS-javító mechanizmusa bezárja ezt a rést, de mivel a folyamat nem tökéletes, néhány DNS-bázis hozzáadódik vagy törlődik. Ezáltal az eredeti gén – például egy rákhoz vagy HIV-fertőzéshez kapcsolódó génváltozat – működésképtelenné válik. Alternatív megoldásként a célgén egy másik változatát is be lehet helyezni a sejtbe a gRNS és a Cas9 mellett. A sejt ezután ezt az alternatív szekvenciát “sablonként” használja a sérült DNS javításához, lemásolva és beépítve azt a genomba. Ezáltal lehetővé válhat, hogy a gén nem kívánt változatát egy kívánt másolattal helyettesítsék.
A közelmúlt tudományos áttörései elérhető közelségbe hozták a genom “szerkesztésének” lehetőségét a betegséget okozó genetikai variánsok javítására. Bár még korán van, a remények szerint a génszerkesztési technológiák egy napon gyógymódot nyújthatnak az olyan genetikai betegségekre, mint a sarlósejtes vérszegénység, a cisztás fibrózis vagy a Huntington-kór, és lehetővé teszik, hogy az emberek jobban leküzdjék a vírusfertőzéseket (pl. a HIV-et).
CRISPR és csíraszerkesztés
A kutatók a CRISPR-t emberi, növényi és állati sejtekben használták; valójában a CRISPR minden eddig vizsgált fajban működött. Nevezetesen, a CRISPR technológiát alkalmazták egy májbetegségben szenvedő felnőtt egér tüneteinek visszafordítására és főemlősök DNS-ének módosítására – ezek fontos lépések az új génterápiák kifejlesztése felé az emberekben. Míg a májsejtekbe bevitt genetikai változások nem öröklődnek az egyén jövőbeli utódainak genomjában, a petesejtekké vagy spermiumokká váló sejtekbe, illetve a korai stádiumban lévő embriók sejtjeibe bevitt DNS-módosítások továbbadhatók a következő generációknak. Ezt nevezik csíravonal-szerkesztésnek, és kilátásai világszerte vitához és vitához vezettek arról, hogy helyénvaló-e a csíravonalban történő genetikai módosítás az embereken, és hogy a társadalomnak folytatnia kell-e vagy hogyan kell eljárnia az ilyen kutatásokkal és esetleges alkalmazásukkal kapcsolatban.
A kritikusok egyrészt hangsúlyozzák a genom olyan módosításainak technikai és etikai kérdéseit, amelyek az utódokra is átörökíthetők. Aggályok merülnek fel amiatt, hogy a szerkesztési folyamat során bármilyen előre nem látható hatás öröklődhet. Más kérdéseket is felvetnek – van-e jogunk megváltoztatni a jövő generációinak genomját? Bizonyos betegségek vagy fogyatékosságok szerkesztése az ilyen betegségekkel élő emberek megbélyegzéséhez vezetne? És ki dönti el, hogy melyek azok a betegségek vagy fogyatékosságok, amelyeket szerkeszteni kell? Ugyanakkor a támogatók azzal érvelnek, hogy a csírasejtek módosítása potenciálisan megszüntetheti az olyan betegségeket, mint például a Huntington-kór, egy olyan legyengítő neurológiai betegség, amelyet egyetlen génváltozat okoz. Azzal is érvelnek, hogy az emberek már régóta megváltoztatják utódaik életét és genetikáját azok kifejezett beleegyezése nélkül, olyan eljárásokkal, mint a genetikai tanácsadás és a preimplantációs genetikai diagnosztika.
2015 decemberében az amerikai Nemzeti Akadémiák, az Egyesült Királyság Királyi Akadémiája és a Kínai Tudományos Akadémia tudósokat, társadalomtudósokat, etikusokat és más érdekelt feleket hívott össze az emberi génszerkesztésről szóló nemzetközi csúcstalálkozóra Washingtonban. A csúcstalálkozó végén kiadott nyilatkozat hangsúlyozta, hogy jelenleg “felelőtlenség” lenne a csíravonal-szerkesztés klinikai alkalmazását folytatni, de nem javasolta a technika betiltását, hanem a kutatás folytatását javasolta. 2017 februárjában az amerikai Nemzeti Akadémiák emberi genomszerkesztéssel foglalkozó szakértői bizottsága közzétette jelentését, amelyben azt ajánlotta, hogy a szomatikus genomszerkesztés orvosi célú kutatását és felhasználását a meglévő szabályozási keretek között folytatni kell, de a technológia alkalmazásának “genetikai javításra” való kiterjesztése előtt “széles körű nyilvános hozzájárulásra” van szükség. A jelentés ugyanakkor azt ajánlja, hogy a “súlyos betegségek vagy fogyatékosságok” kezelésére irányuló csíravonalbeli genomszerkesztéssel kapcsolatos klinikai kísérleteket csak sokkal több kutatás után folytassák, és csak akkor, ha szigorú technikai és etikai kritériumok teljesülnek. A jelentés hangsúlyozza, hogy a közvélemény folyamatos bevonására és politikai vitára van szükség.
A csírasejtek genetikai módosítása jelenleg számos európai országban és Kanadában illegális, és az Egyesült Államokban szövetségi támogatás nem használható fel ilyen munkára. 2017 januárjától az Egyesült Királyságban, Svédországban és Kínában a kutatók engedélyt kaptak arra, hogy emberi embriókon génszerkesztést végezzenek kizárólag kutatási céllal (emellett ezekben az országokban a meglévő törvények vagy irányelvek csak a megtermékenyítést követő 14. napig engedélyezik az embriókon végzett kutatásokat).
2018 novemberében jelentek meg hírek arról, hogy Kínában megszülettek az első olyan gyermekek, akiknek a genomját CRISPR segítségével szerkesztették az embrionális szakaszban, egy ikerpár. Bár az állításokat még mindig nem erősítették meg egymástól függetlenül, illetve nem publikálták lektorált folyóiratokban, az állítások jelentős vitát váltottak ki. A tudósok, az etikusok és a társadalom szélesebb köre 2019-ben továbbra is vitatkozik a további útról.
ACRISPR és a környezet
ACRISPR utat nyitott arra is, hogy a körülöttünk lévő világot az emberi egészség és a környezetünk javára alakítsuk. Az alkalmazások között szerepel a betegségeket terjesztő rovarok, például a szúnyogok módosításának vagy akár kiirtásának lehetősége. Az is lehetséges lehet, hogy régen kihalt állatokat, például a gyapjas mamutot újra létrehozzák, hogy ismét a Földön barangolhassanak, ami egyes tudósok szerint segíthet az éghajlatváltozás kezelésében. Azonban nem mindenki ért egyet azzal, hogy ezek az alkalmazások feltétlenül “előnyösek” lennének, míg mások aggódnak az ökoszisztémát megváltoztató tevékenységek nem szándékolt következményei miatt.
A jövő útja
A génszerkesztés jelentős potenciállal rendelkezik az emberi egészség javára. Ugyanakkor mélyreható kérdéseket vet fel, amelyek nyilvános mérlegelést igényelnek – mi van, ha olyan változtatásokat végzünk, amelyeket megbánunk? Mi van, ha a biztonságosnak tűnő genetikai változtatások nem kívánt következményekkel járnak? Melyek a biztonsági előírások, amikor az orvostársadalom a szenvedés csökkentésére törekedve igyekszik felfedezni ezeket az eszközöket? Továbbá, ha társadalmanként egyetértünk abban, hogy a genomszerkesztés alkalmazása elfogadható, hogyan biztosítjuk, hogy minden egyén tisztában legyen e technológiák lehetőségeivel, és hogy mindenki, aki hozzá akar férni az ilyen technológiákhoz, megengedhesse magának azokat? Kutatók, bioetikusok és politikai döntéshozók, köztük számos olyan tudós, aki a CRISPR úttörője volt, óvatosságra, valamint nyilvános konzultáció és párbeszéd szükségességére szólítottak fel, amelybe hitbéli vezetőket, környezetvédelmi aktivistákat, valamint a betegek és a fogyatékkal élők szószólóit is bevonják. Miközben a társadalom egyensúlyt keres a génszerkesztés előnyeinek kihasználása iránti vágy és számos más aggály között, a pgEd reméli, hogy szerepet játszhat a széles körű párbeszédek elősegítésében, amely minden közösséget bevon, és biztosítja a különböző értékek és hangok meghallgatását.
A CRISPR és a génszerkesztés körüli technikai és politikai kérdésekről bővebben itt olvashat.
Kapcsolódó óravázlatok:
Genomszerkesztés és a CRISPR
A 2018-ban született ikerlányok génállományának szerkesztésére használt CRISPR állítólag
A minket körülvevő világ mérnöki munkája: Genomszerkesztés és a környezet
Kapcsolódó blogbejegyzések:
“pgEd lecke a CRISPR-szel szerkesztett ikrekről” (2019. március)
“Sarlósejtes betegség és géntechnológia: Mini lecke a pgEd-ből” (2017. november)
“In the News: A génterápia fejlődése” (2017. október)
“In the News: (2017. augusztus)
“In the News: Tudósok a CRISPR segítségével betegséget okozó génváltozatot szerkesztenek emberi embriókban” (2017. augusztus)
“In the News: A CRISPR klinikai alkalmazása előrelépést jelent” (2016. június)
“In the News: (2016. március)
“In the News: A betegséget terjesztő szúnyogok génmeghajtáson alapuló ellenőrzése közelebb kerül a valósághoz” (2015. december)
“In the News: Potential new approach to gene therapy for sickle cell disease” (2015. szeptember)
Sharon Begley, “No red line against CRISPR’ing early embryos, experts rule” (STAT, February 2017)
David Cyranoski, “CRISPR gene-editing tested in a person for the first time” (Nature, November 2016)
Antonio Regalado, “Meet the Moralist Policing Gene Drives, a Technology That Messes with Evolution” (MIT Technology Review, June 2016)
Erica Check Hayden, “Should you edit your children’s genes?” (Nature, 2016. február)
Ed Yong, “What Can You Actually Do With Your Fancy Gene-Editing Technology?” (Mit lehet valójában csinálni a divatos génszerkesztési technológiával? (The Atlantic, 2015. december)
Carl Zimmer, “A sertés DNS szerkesztése több szervet adhat az embereknek” (New York Times, 2015. október)
Nathaniel Comfort, “Gyógyíthatunk-e genetikai betegségeket anélkül, hogy belecsúsznánk az eugenikába?” (The Nation, 2015. július)
Andrew Pollack, “A Powerful New Way to Edit DNA” (New York Times, 2014. március)