Τα βακτήρια του γάλακτος, τα οποία η επιστήμη θεωρεί ωφέλιμα για τον ανθρώπινο οργανισμό, μπορούν πλέον να προστατευθούν από ιογενείς μολύνσεις, χάρη στο «ανοσοποιητικό σύστημα Crispr».
Στα τέλη της δεκαετίας του ’80, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Οσάκα της Ιαπωνίας, ενώ μελετούσαν το γονίδιο ενός κοινού βακτηρίου, παρατήρησαν κάποιες ασυνήθιστες επαναλήψεις αλληλουχιών DNA. Παρότι τότε οι επιστήμονες δεν κατάφεραν να εξηγήσουν τον ρόλο ύπαρξης αυτών των αλληλουχιών, εδώ και επτά χρόνια κάτι τέτοιο όχι μόνο αποκαλύφθηκε, αλλά πυροδότησε και ένα επιστημονικό παραλήρημα.
Οι αλληλουχίες αυτές, οι οποίες αποδείχθηκε ότι αποτελούν μέρος ενός εξελιγμένου ανοσοποιητικού συστήματος που χρησιμοποιείται από τα βακτήρια για να πολεμήσουν τους ιούς, παρέχουν παράλληλα στους επιστήμονες μια πρωτοφανή δυνατότητα να ξαναγράψουν τον κώδικα της ζωής. Μόλις πριν από ένα χρόνο οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τα βακτήρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να επιτελέσουν συγκεκριμένες αλλαγές στο DNA φυτών, ζώων, αλλά και ανθρώπων.
Ηδη το μοριακό σύστημα, γνωστό ως Crispr, έχει κάνει την παραγωγή γενετικώς τροποποιημένων πειραματόζωων μια πολύ πιο εύκολη διαδικασία. Τα πρώτα πειραματικά αποτελέσματα από το ολλανδικό Ινστιτούτο Χούμπρεχτ δείχνουν ότι το σύστημα αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποκατάσταση μιας μετάλλαξης που προκαλεί την ασθένεια της κυστικής ίνωσης.
Παρότι το Crispr συνοδεύεται από μεγάλες δόσεις ενθουσιασμού, την ίδια στιγμή εγείρει και σημαντικούς προβληματισμούς, τόσο ασφάλειας όσο και ηθικής. Ηδη είναι γνωστό, για παράδειγμα, ότι το σύστημα αυτό μπορεί σε κάποιες περιπτώσεις να τροποποιήσει και άλλα γονίδια, εκτός από αυτά στα οποία στοχεύει, προκαλώντας ανεπιθύμητες παρενέργειες.
Επίσης, οι τεχνικές τροποποίησης γονιδίων σε θηλαστικά και στα έμβρυά τους δεν είναι απίθανο να χρησιμοποιηθούν και σε ανθρώπινα έμβρυα, εγείροντας την ανησυχία της δημιουργίας μωρών κατά παραγγελία. Παρ’ όλα αυτά, πλήθος start-up εταιρειών σε Ηνωμένες Πολιτείες και Βρετανία έχουν συστηθεί με σκοπό να οδηγήσουν το Crispr στην αγορά.
Οι αλληλουχίες DNA
Οπως επιβεβαιώθηκε το 2007, οι ασυνήθιστες αυτές επαναλήψεις αλληλουχιών DNA αποτελούν μέρος του προσαρμοστικού ανοσοποιητικού συστήματος και έχουν αναλάβει τον σημαντικό ρόλο να θυμούνται τους παθογόνους εισβολείς που έχουν προσβάλει στο παρελθόν τον οργανισμό. Το ανθρώπινο προσαρμοστικό ανοσοποιητικό σύστημα, για παράδειγμα, είναι εκείνο που δεν μας «αφήνει» να νοσήσουμε δεύτερη φορά από ιλαρά, ενώ παράλληλα αποτελεί εξήγηση του μηχανισμού δράσης των εμβολίων.
Η λειτουργία του στο γονιδίωμα των βακτηρίων είναι η εξής: Οι επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες DNA διαχωρίζονται μεταξύ τους από άλλες αλληλουχίες. Αυτοί οι «διαχωριστές» είναι κομμάτια DNA ιών που είχαν επιτεθεί στο παρελθόν, είτε στο βακτήριο είτε στους προγόνους του. Είναι σαν γενετικές φωτογραφίες σήμανσης, που λένε στο βακτήριο ποιους «κακοποιούς» να προσέχει. Παρ’ όλα αυτά, το πραγματικό παραλήρημα στην επιστημονική κοινότητα ξεκίνησε το 2012, όταν μια ομάδα με επικεφαλής τον Εμανουέλ Σαρπεντίερ από το πανεπιστήμιο Ούμεα της Σουηδίας και την Τζένιφερ Ντούντνα από το πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ, έκαναν επίδειξη ενός τρόπου χρήσης του συστήματος Crispr για να τεμαχίσουν οποιαδήποτε αλληλουχία DNA θέλουν.
Το κύτταρο, ενώ κάνει προσπάθειες να επανορθώσει τη ζημιά, συνήθως δεν τα καταφέρνει πλήρως, με αποτέλεσμα να αχρηστεύεται ή να εξολοθρεύεται ένα γονίδιο. Για να μεταλλάξουν το γονίδιο, οι επιστήμονες εισάγουν συνήθως ένα «μπάλωμα» DNA, παρόμοιο με αυτό που υπήρχε στο σημείο όπου κόπηκε η αλληλουχία, το οποίο όμως περιλαμβάνει την επιθυμητή αλλαγή.
Γενετικές αλλαγές
Θα μπορούσε πάντως κάτι τέτοιο να ισχύει εκτός από τα βακτήρια και σε άλλους οργανισμούς; «Το γνώριζα ότι ήταν όπως ο πυροβολισμός έναρξης ενός αγώνα δρόμου», λέει η Ντούντνα. «Δεν γνωρίζω κανένα είδος φυτού ή ζώου στο οποίο έχει δοκιμαστεί το σύστημα Crispr και έχει αποτύχει», υποστηρίζει ο Τζορτζ Τσερτς, καθηγητής Γενετικής στην Ιατρική Σχολή του πανεπιστημίου Χάρβαρντ. Στο παρελθόν, για να δημιουργήσεις ένα ζώο με πολλαπλές γενετικές αλλαγές ήταν αναγκαίο συνήθως να φτιάξεις ζώα που το καθένα φέρει μία μόνο γενετική αλλαγή και στη συνέχεια, διασταυρώνοντάς τα, να πάρεις απογόνους με πολλαπλές αλλαγές. Αντίθετα, το Crispr επιτρέπει να γίνουν πολλαπλές γενετικές αλλαγές με ένα και μόνο βήμα.
«To τοπίο αλλάζει ολοσχερώς», λέει η Ντούντνα, «σήμερα οι ερευνητές μπορούν να δημιουργήσουν στο εργαστήριό τους γενετικώς τροποποιημένα ποντίκια», ενώ οι επιστήμονες το θεωρούν πολύ πιθανό σε μερικά χρόνια το Crispr να δοκιμαστεί και σε ανθρώπους.
ΈντυπηΟι αλληλουχίες αυτές, οι οποίες αποδείχθηκε ότι αποτελούν μέρος ενός εξελιγμένου ανοσοποιητικού συστήματος που χρησιμοποιείται από τα βακτήρια για να πολεμήσουν τους ιούς, παρέχουν παράλληλα στους επιστήμονες μια πρωτοφανή δυνατότητα να ξαναγράψουν τον κώδικα της ζωής. Μόλις πριν από ένα χρόνο οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τα βακτήρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να επιτελέσουν συγκεκριμένες αλλαγές στο DNA φυτών, ζώων, αλλά και ανθρώπων.
Ηδη το μοριακό σύστημα, γνωστό ως Crispr, έχει κάνει την παραγωγή γενετικώς τροποποιημένων πειραματόζωων μια πολύ πιο εύκολη διαδικασία. Τα πρώτα πειραματικά αποτελέσματα από το ολλανδικό Ινστιτούτο Χούμπρεχτ δείχνουν ότι το σύστημα αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποκατάσταση μιας μετάλλαξης που προκαλεί την ασθένεια της κυστικής ίνωσης.
Παρότι το Crispr συνοδεύεται από μεγάλες δόσεις ενθουσιασμού, την ίδια στιγμή εγείρει και σημαντικούς προβληματισμούς, τόσο ασφάλειας όσο και ηθικής. Ηδη είναι γνωστό, για παράδειγμα, ότι το σύστημα αυτό μπορεί σε κάποιες περιπτώσεις να τροποποιήσει και άλλα γονίδια, εκτός από αυτά στα οποία στοχεύει, προκαλώντας ανεπιθύμητες παρενέργειες.
Επίσης, οι τεχνικές τροποποίησης γονιδίων σε θηλαστικά και στα έμβρυά τους δεν είναι απίθανο να χρησιμοποιηθούν και σε ανθρώπινα έμβρυα, εγείροντας την ανησυχία της δημιουργίας μωρών κατά παραγγελία. Παρ’ όλα αυτά, πλήθος start-up εταιρειών σε Ηνωμένες Πολιτείες και Βρετανία έχουν συστηθεί με σκοπό να οδηγήσουν το Crispr στην αγορά.
Οι αλληλουχίες DNA
Οπως επιβεβαιώθηκε το 2007, οι ασυνήθιστες αυτές επαναλήψεις αλληλουχιών DNA αποτελούν μέρος του προσαρμοστικού ανοσοποιητικού συστήματος και έχουν αναλάβει τον σημαντικό ρόλο να θυμούνται τους παθογόνους εισβολείς που έχουν προσβάλει στο παρελθόν τον οργανισμό. Το ανθρώπινο προσαρμοστικό ανοσοποιητικό σύστημα, για παράδειγμα, είναι εκείνο που δεν μας «αφήνει» να νοσήσουμε δεύτερη φορά από ιλαρά, ενώ παράλληλα αποτελεί εξήγηση του μηχανισμού δράσης των εμβολίων.
Η λειτουργία του στο γονιδίωμα των βακτηρίων είναι η εξής: Οι επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες DNA διαχωρίζονται μεταξύ τους από άλλες αλληλουχίες. Αυτοί οι «διαχωριστές» είναι κομμάτια DNA ιών που είχαν επιτεθεί στο παρελθόν, είτε στο βακτήριο είτε στους προγόνους του. Είναι σαν γενετικές φωτογραφίες σήμανσης, που λένε στο βακτήριο ποιους «κακοποιούς» να προσέχει. Παρ’ όλα αυτά, το πραγματικό παραλήρημα στην επιστημονική κοινότητα ξεκίνησε το 2012, όταν μια ομάδα με επικεφαλής τον Εμανουέλ Σαρπεντίερ από το πανεπιστήμιο Ούμεα της Σουηδίας και την Τζένιφερ Ντούντνα από το πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ, έκαναν επίδειξη ενός τρόπου χρήσης του συστήματος Crispr για να τεμαχίσουν οποιαδήποτε αλληλουχία DNA θέλουν.
Το κύτταρο, ενώ κάνει προσπάθειες να επανορθώσει τη ζημιά, συνήθως δεν τα καταφέρνει πλήρως, με αποτέλεσμα να αχρηστεύεται ή να εξολοθρεύεται ένα γονίδιο. Για να μεταλλάξουν το γονίδιο, οι επιστήμονες εισάγουν συνήθως ένα «μπάλωμα» DNA, παρόμοιο με αυτό που υπήρχε στο σημείο όπου κόπηκε η αλληλουχία, το οποίο όμως περιλαμβάνει την επιθυμητή αλλαγή.
Γενετικές αλλαγές
Θα μπορούσε πάντως κάτι τέτοιο να ισχύει εκτός από τα βακτήρια και σε άλλους οργανισμούς; «Το γνώριζα ότι ήταν όπως ο πυροβολισμός έναρξης ενός αγώνα δρόμου», λέει η Ντούντνα. «Δεν γνωρίζω κανένα είδος φυτού ή ζώου στο οποίο έχει δοκιμαστεί το σύστημα Crispr και έχει αποτύχει», υποστηρίζει ο Τζορτζ Τσερτς, καθηγητής Γενετικής στην Ιατρική Σχολή του πανεπιστημίου Χάρβαρντ. Στο παρελθόν, για να δημιουργήσεις ένα ζώο με πολλαπλές γενετικές αλλαγές ήταν αναγκαίο συνήθως να φτιάξεις ζώα που το καθένα φέρει μία μόνο γενετική αλλαγή και στη συνέχεια, διασταυρώνοντάς τα, να πάρεις απογόνους με πολλαπλές αλλαγές. Αντίθετα, το Crispr επιτρέπει να γίνουν πολλαπλές γενετικές αλλαγές με ένα και μόνο βήμα.
«To τοπίο αλλάζει ολοσχερώς», λέει η Ντούντνα, «σήμερα οι ερευνητές μπορούν να δημιουργήσουν στο εργαστήριό τους γενετικώς τροποποιημένα ποντίκια», ενώ οι επιστήμονες το θεωρούν πολύ πιθανό σε μερικά χρόνια το Crispr να δοκιμαστεί και σε ανθρώπους.
