JEDNA NOVA studija izazvala je ovih dana oduševljenje, ali i uzbunu u znanstvenim krugovima. Naime, znanstvenici s Columbia Universityja objavili su da su u ljudskim embrijima u vrlo ranoj fazi razvoja uspjeli napraviti precizne promjene u DNA bez velikih kromosomskih oštećenja kakva su se ranije često viđala kod klasične tehnologije izmjene gena poznate kao CRISPR-Cas9.

Drugim riječima, tehnologija koja se do jučer činila pregrubom za embrije sada je pokazala da može biti mnogo finija. No upravo zbog toga neki znanstvenici i bioetičari izrazili su strahove da bi se područje moglo opasno približiti ideji o stvaranju "dizajniranih beba".

Rad još nije prošao recenziju i objavljen je kao preprint na bioRxivu, što znači da ga drugi stručnjaci tek trebaju detaljno provjeriti.

Finija promjena gena

Istraživanje je proveo tim pod vodstvom Dietera Eglija s Columbia Universityja. U njemu je korištena tehnologija koja se zove editiranje baza i nešto je novija inačica tehnologije CRISPR-Cas9. Za razliku od klasičnog CRISPR-Cas9, koji se često uspoređuje s molekularnim škarama jer reže obje niti dvostruke zavojnice DNA, editiranje baza djeluje suptilnije. Ono ne pokušava rezati unutar genoma, nego samo kemijski promijeniti jedno "slovo" DNA u drugo.

Kako funkcionira tehnologija?

DNA se može zamisliti kao golema knjiga života napisana četirima slovima, odnosno dušičnim bazama: A, T, C i G.

Tehnologiju CRISPR-Cas9 znanstvenici su preuzeli od bakterija i pretvorili je u alat. Naime, bakterije nakon susreta s virusom koji ih napada mogu pohraniti djeliće njegove DNA kao molekularnu memoriju, a zatim ih koristiti kao uputu za prepoznavanje i rezanje virusne DNA ako se virus ponovno pojavi. U tom sustavu kratka RNA molekula vodi protein Cas9 do odgovarajućeg virusnog genetskog zapisa, a Cas9 ga zatim presiječe i tako pomaže bakteriji da zaustavi infekciju.

Kod uređivanja gena CRISPR-Cas9 koristi se za precizno rezanje DNA na odabranom mjestu, a zatim se prirodnim mehanizmima popravka DNA geni mogu inaktivirati, mutacije ispraviti ili se može umetnuti novi genetski slijed. No taj popravak nije uvijek uredan niti se može kontrolirati. Može završiti brisanjem većih dijelova genoma, odnosno delecijama, ili drugim nepoželjnim promjenama.

Editiranje baza razvijeno je iz CRISPR tehnologije, ali ne radi isto kao klasični CRISPR-Cas9.

Kod editiranja baza CRISPR sustav također služi za pronalaženje točne lokacije u genomu, ali je Cas9 modificiran tako da ne reže DNA ili da reže samo jednu nit. Na njega je vezan enzim koji kemijski pretvara jednu bazu u drugu, a stanica potom dovršava proces i učvršćuje promjenu.

Drugim riječima, editiranje baza sličnije je ispravljanju tipfelera. Cilj mu je promijeniti jedno slovo, primjerice A u G, bez velikog reza kroz dvostruku zavojnicu DNA.

Uredili gene važne za kolesterol i bolesti krvi

U novom radu znanstvenici su testirali adeninske editore baza, odnosno alate koji mogu pretvarati A u G. Ciljali su dva područja: gen PCSK9, važan u regulaciji kolesterola, i gene HBG1/2, povezane s fetalnim hemoglobinom, što je važno za bolesti poput anemije srpastih stanica i beta-talasemije. Hemoglobin je protein u crvenim krvnim stanicama koji prenosi kisik.

Najvažniji rezultat pokusa bio je taj da je editiranje bilo učinkovito, a autori nisu otkrili velike delecije niti kromosomske abnormalnosti na ciljanim mjestima. To je ključno jer su raniji pokušaji korištenja klasičnog CRISPR-Cas9 u ljudskim embrijima pokazali da rezanje DNA može izazvati ozbiljan genomski kaos.

Problem nesavršenstva

Egli je već ranije upozoravao na taj problem tehnologije CRISPR-Cas9. Njegov tim je 2020. u časopisu Cell objavio rad koji je pokazao da ona u ljudskim embrijima može dovesti do gubitka velikih dijelova kromosoma ili čak cijelog kromosoma. Columbia University tada je upozorio da takvi nalazi pokazuju zašto je potreban izniman oprez prije bilo kakvog približavanja tehnologije kliničkim primjenama.

Nova studija pokušaj je odgovora na taj problem. Prema preprintu, on je zasad ohrabrujući, ali ne i konačan. Autori navode da editiranje/mijenjanje baza nije izazvalo velike kromosomske poremećaje, da su male insercije i delecije bile rijetke i da su neželjene promjene izvan ciljanog mjesta ovisile o kratkoj RNA molekuli koja vodi cijeli sustav (modificirani protein Cas9 spojen s posebnim enzimom) do točnog mjesta u genomu gdje treba djelovati.

Pokazalo se da je važan bio i način na koji su znanstvenici unijeli alat za uređivanje gena u embrije. Kada su editor baza ubacili izravno kao gotov protein, i to u trenutku oplodnje ili vrlo brzo nakon nje, embriji su se mogli nastaviti razvijati do blastociste. Blastocista je rana faza embrija, nekoliko dana nakon oplodnje, prije nego što bi se u prirodnim uvjetima ugnijezdila u maternici.

Iz tako uređenih embrija znanstvenici su mogli dobiti i embrionalne matične stanice, odnosno stanice koje se mogu razviti u različite vrste tkiva. No kada su isti alat pokušali unijeti kao RNA, dakle kao uputu prema kojoj bi stanica sama trebala proizvesti editor, razvoj embrija se rano zaustavio. To pokazuje da kod ovakvih zahvata nije važan samo alat koji se koristi, nego i trenutak i oblik u kojem se unosi.

Problem mozaičnosti

No, problem koji se nastojalo riješiti nije riješen u cijelosti. Prema izvještaju Wall Street Journala, u Eglijevoj studiji gotovo 80 posto embrija postalo je mozaično, što znači da genetska promjena u DNA nije zahvatila sve stanice, odnosno da je dio zadržao nepromijenjen gen. Mozaičnost je velik problem za bilo kakvu kliničku primjenu jer bi embrij mogao imati mješavinu uređenih i neuređenih stanica. Ako se želi spriječiti nasljedna bolest, takav rezultat nije dovoljno pouzdan.

Egli zbog toga ne tvrdi da su znanstvenici spremni za uređivanje beba. "Ne nudimo javnosti konačno 'u redu je, sutra ćete imati genski uređene bebe'", rekao je Egli za Wall Street Journal. Dodao je da je to proces koji se mora odvijati kroz raspravu usklađenu sa znanstvenim napretkom.

Za New York Times je pak rekao da znanstvenici mogu dati podatke za raspravu, ali da se tu njihova uloga zaustavlja te da drugi moraju preuzeti širu društvenu odluku.

Slučaj kineskog znanstvenika

Kontekst je posebno osjetljiv zbog slučaja iz 2018., kada je kineski znanstvenik He Jiankui objavio da su rođene prve bebe kojima je uredio gene. Tvrdio je da je pomoću CRISPR-Cas9 promijenio gen CCR5 kako bi djecu pokušao učiniti otpornijom na infekciju HIV-om. Znanstvena zajednica osudila je taj eksperiment kao neodgovoran, preuranjen i etički neprihvatljiv, a He je kasnije završio u zatvoru na tri godine.

Od tada je uređivanje ljudskih spolnih stanica, dakle promjene koje bi se mogle prenijeti na buduće generacije, jedna od najosjetljivijih tema moderne biologije. Neki znanstvenici upozoravaju da bi bogataši mogli pokušati iskoristiti proboj za stvaranje djece in vitro koja bi imala neka poželjna svojstva poput iznimne ljepote ili inteligencije.

Preciznije, ali ne dovoljno

Ivana Ivančić Baće, redovita profesorica na Biološkom odsjeku PMF-a u Zagrebu, stručnjakinja za molekularnu genetiku, popravak DNA, homolognu rekombinaciju i bakterijske sustave CRISPR-Cas, za Index je istaknula da editiranje baza još uvijek nije pouzdano.

"Iako je nešto preciznije od klasičnog CRISPR-Cas9, i dalje nije dovoljno sigurno i precizno; moguće su greške i mozaičnost, kako je pokazalo novo istraživanje. To su ozbiljni problemi, tako da ovo nije metoda za ispravljanje urođenih mutacija i rađanje zdrave djece, a nadam se da nikome još dugo neće pasti na pamet baviti se dizajniranjem beba. To je biološki dio problema. Što se etičkog tiče, time bi se trebali pozabaviti etičari", dodala je.