How CRISPR lets us edit our DNA | Jennifer Doudna

Prevodilac: Ivana Korom Lektor: Tijana Mihajlović

Pre nekoliko godina,

sa kolegom Emanuelom Šarpentjeom,

otkrila sam novu tehnologiju za preuređenje genoma.

Ona se zove CRISPR-Cas9.

Ova tehnologija omogućava naučnicima da prave promene

u DNK u ćelijama,

koje nam mogu omogućiti da izlečimo genetske bolesti.

Možda će vas zanimati

da je CRISPR tehnologija nastala iz jednog jednostavnog istraživanja

koje je za cilj imalo da otkrije kako se bakterije bore protiv virusa.

Bakterije u svojim okruženjima moraju da se susreću sa virusima

i virusne infekcije možemo zamisliti kao tempirane bombe -

bakterija ima samo nekoliko minuta da deaktivira bombu

pre nego što je ona uništi.

I tako mnoge bakterije u svojim ćelijama image adaptivni imuni sistem, CRISPR,

koji im omogućava da otkriju i unište virusnu DNK.

Deo CRISPR sistema je protein pod nazivom Cas9,

koji može da pronađe, razdvoji i na kraju degradira virusnu DNK

na jedan poseban način.

Kroz naše istraživanje

kojim smo želeli da razumemo aktivnost ovog proteina, Cas9,

shvatili smo da možemo da iskoristimo njegovu funkciju

kao tehnologiju genetskog inženjeringa -

način na koji naučnici odstrane ili ubace određene delove DNK u ćelije

sa izuzetnom preciznošću -

kojom bismo dobili mogućnosti

da radimo stvari koje uopšte nisu bile moguće u prošlosti.

CRISPR tehnologija je već korišćena

da promeni DNK u ćelijama miševa i majmuna,

kao i drugih organizama.

Kineski naučnici su nedavno pokazali

da CRISPR tehnologiju mogu da koriste

čak i da promene gene u ljudskim embrionima.

A naučnici u Filadelfiji su pokazali da mogu da koriste CRISPR

da odstrane DNK integrisanih HIV virusa

iz zaraženih ljudskih ćelija.

Prilika da se na ovaj način preuređuje genom

povlači za sobom etička pitanja koja moramo da razmotrimo,

jer ova tehnologija može da se primeni ne samo na odraslim ćelijama,

nego i na embrionima organizama,

uključujući i našu vrstu.

I tako, zajedno sa kolegama,

pozvala sam na globalni razgovor o ovoj tehnologiji čiji sam su-osnivač,

kako bismo razmotrili sve etičke i društvene implikacije

jedne ovakve tehnologije.

Sada želim da vam ispričam šta je CRISPR tehnologija,

šta može da uradi,

gde smo danas

i zašto mislim da moramo mudro da postupamo

u načinu na koji ovu tehnologiju primenjujemo.

Kada virusi zaraze neku ćeliju, oni ubace svoju DNK.

A u bakteriji,

CRISPR sistem dozvoljava da se DNK iznese iz virusa

i u malim delovima ubaci u hromozom -

u DNK bakterije.

Ovi integrisani delovi virusne DNK umeću se na mestu pod nazivom CRISPR.

CRISPR znači grupisana,

pravilno raspoređena kratka palindromska ponavljanja.

Složen pojam - shvatate zašto koristimo akronim CRISPR.

To je mehanizam koji dozvoljava ćelijama da tokom vremena beleže

viruse kojima su bile izložene.

I, što je važno, ti delovi DNK se prenose na potomke tih ćelija,

tako da su ćelije od virusa zaštićene ne samo u jednoj generaciji,

nego tokom mnogo generacija.

Ovo dozvoljava ćeliji da prati zaraze

i kako moj kolega, Blejk Videnheft, voli da kaže,

CRISPR je efikasna genetska karta vakcine u ćeliji.

Jednom kada se ti delovi DNK ubace u bakterijski hromozom,

ćelija tada pravi malu kopiju molekula zvanog RNK,

koji je na ovoj slici narandžast,

koji je doslovna replika virusne DNK.

RNK je hemijski rođak DNK

i dozvoljava interakciju sa molekulima DNK

koji imaju sličnu sekvencu.

Dakle, ti delići RNK iz CRISPR-a

vezuju se za protein pod nazivom Cas9,

koji je na slici bele boje,

i formiraju sastav koji u ćeliji funkcioniše kao stražar.

On pretražuje svu DNK u ćeliji

kako bi našao mesta koja se poklapaju sa sekvencama vezane RNK.

I kada ta mesta pronađe -

kao što ovde vidite, plavi molekul je DNK -

ovaj sastav se udružuje sa tom DNK

i dozvoljava da sečivo Cas9 ispreseca virusnu DNK.

On pravi veoma precizan rez.

Ovaj sastav Cas9 RNK stražara možemo da posmatramo

kao par makaza koje mogu da seku DNK;

on pravi dvostrani presek u DNK spirali.

Ono što je važno je da je ovaj sastav moguće programirati,

da prepozna određene sekvence DNK

i preseče DNK na tom mestu.

I kao što ću vam sad reći,

prepoznali smo da ta aktivnost može da se iskoristi za genetski inženjering,

da dozvoli ćelijama da prave vrlo precizne promene u DNK

na mestu gde se napravi ovaj rez.

Ovo je donekle analogno

načinu na koji koristimo programe za obradu teksta

kako bismo popravili grešku u nekom dokumentu.

Razlog zašto smo zamislili korišćenje CRISPR-a za genetski inženjering

je zato što ćelije imaju sposobnost da otkriju i poprave

oštećenu DNK.

Kad ćelija biljke ili životinje otkrije dvostrani prekid u svojoj DNK,

ona može da ga popravi,

ili tako što sastavi krajeve oštećene DNK

malom, sitnom promenom u sekvenci te pozicije,

ili integrisanjem novog komada DNK na mestu oštećenja.

Dakle, ako imamo način da unesemo dvostrane prekide u DNK

na određenim mestima,

možemo podstaći ćelije da poprave ta oštećenja,

ili prekidom ili uklapanjem nove genetske informacije.

Dakle, da možemo da isprogramiramo CRISPR tehnologiju

da preseče DNK

na mestu ili u blizini mutacije koja uzrokuje cističnu fibrozu, recimo,

podstakli bismo ćelije da poprave tu mutaciju.

Genetski inženjering nije novost; razvija se od 1970-ih.

Postoje tehnologije za sekvenciranje DNK,

za kopiranje DNK,

i čak za manipulisanje DNK.

One su mnogo obećavale,

ali je problem bio što nisu bile efikasne

ili su bile toliko složene za upotrebu

da ih većina naučnika nije usvojila u svom radu u laboratorijama,

a kamoli za kliničke primene.

Dakle, prilika da se koristi tehnologija

kao što je CRISPR je privlačna,

zbog svoje relativne jednostavnosti.

Starije tehnologije genetskog inženjeringa

možemo porediti sa ponovnim instaliranjem računara

svaki put kada želite da pokrenete novi program,

dok je CRISPR kao softver za genom;

možemo ga lako programirati koristeći ove male delove RNK.

Jednom kad se napravi dvostrani presek u DNK,

možemo da pokrenemo popravku

i tako potencijalno postignemo izuzetne stvari,

npr. da ispravimo mutacije koje uzrokuju anemiju ćelija

ili Hantingtonovu bolest.

Ja mislim da će se ova tehnologija prvo upotrebljavati na krvi,

gde je relativno lakše dovesti je u ćelije

u poređenju sa čvrstim tkivima.

Trenutno, mnogo se radi

na životinjskim modelima ljudskih bolesti, npr. miševima.

Ova tehnologija se koristi da se naprave vrlo precizne promene

koje dozvoljavaju da proučavamo način na koji one u ćelijskoj DNK

utiču na tkivo ili, u ovom slučaju, na ceo organizam.

U ovom primeru,

CRISPR tehnologija je korišćena da poremeti gen

pravljenjem male promene u DNK

u genu koji je odgovoran za crnu boju ovih miševa.

Zamislite da se ovi beli miševi razlikuju od svojih obojenih rođaka

samo u maloj promeni jednog gena u celom genomu,

a inače su potpuno normalni.

I kad sekvenciramo DNK onih životinja,

otkrivamo da je ta promena u DNK

nastala tačno na onom mestu gde smo je uveli

koristeći CRISPR tehnologiju.

Dodatni eksperimenti se vrše na drugim životinjama,

koji su korisni za pravljenje modela ljudskih bolesti,

kao što su majmuni.

I ovde otkrivamo da možemo da koristimo ove sisteme

da testiramo primenu ove tehnologije na određenim tkivima,

na primer, da razumemo kako da dostavimo CRISPR u ćelije.

Takođe želimo bolje da razumemo

kako da kontrolišemo način na koji se DNK popravlja posle oštećenja,

i da razumemo kako da kontrolišemo i ograničimo bilo kakvo odstupanje

ili neželjene efekte korišćenja ove tehnologije.

Mislim da ćemo kliničku primenu ove tehnologije,

sigurno kod odraslih,

videti u narednih 10 godina.

Mislim da je verovatno da ćemo u tom vremenskom okviru

videti klinička testiranja i možda odobrene terapije,

što je veoma uzbudljivo za razmišljanje.

I zbog uzbuđenja u vezi sa ovom tehnologijom,

mnoge startap kompanije su veoma zainteresovane

i osnovane radi komercijalizacije CRISPR tehnologije,

i mnogo investitora

ulaže u te kompanije.

Međutim, moramo takođe da uzmemo u obzir

da CRISPR tehnologija može da se koristi za npr. poboljšanja.

Zamislite da pokušamo da napravimo ljude

koji imaju pojačane osobine, kao što su jače kosti,

manja podložnost kardiovaskularnoj bolesti

ili čak koji imaju osobine

koje bismo smatrali poželjnim,

na primer drugačija boja očiju ili visina, takve stvari.

„Dizajnirani ljudi“, da tako kažem.

Trenutno, genetske informacije

kojima bismo znali koje vrste gena bi podstakle ove osobine

uglavnom su nepoznate.

Međutim, važno je znati

da nam CRISPR tehnologija daje alat da takve promene pravimo,

jednom kada budemo imali znanje.

Ovo pokreće mnoga etička pitanja koja pažljivo moramo da razmotrimo

i zato smo ja i moje kolege pozvali na globalnu pauzu

u bilo kakvoj kliničkoj primeni ove tehnologije na ljudskim embrionima,

da bismo dobili vremena

da stvarno razmotrimo različite implikacije toga.

U stvari, postoji važan presedan za takvu pauzu iz 1970-ih

kada su se naučnici okupili

da pozovu na moratorijum u korišćenju molekularnog kloniranja,

dok bezbednost te tehnologije nije bila pažljivo testirana i potvrđena.

Dakle, genetski izmenjeni ljudi još uvek nisu među nama,

ali to više nije naučna fantastika.

Genetski modifikovane životinje i biljke se upravo dešavaju.

A to pred sve nas stavlja ogromnu odgovornost,

da pažljivo razmotrimo neželjene posledice,

ali i željene efekte nekog naučnog otkrića.

Hvala vam.

(Aplauz)

(Kraj aplauza)

Bruno Đuzani: Dženifer, ovo je tehnoloija sa ogromnim posledicama,

kao što ste istakli.

Vaš stav u vezi sa traženjem pauze, moratorijuma ili karantina

je izuzetno odgovoran.

Naravno, postoje terapijski rezultati ovoga,

ali i neterapijski,

a oni izgleda dobijaju pažnju,

posebno u medijima.

Ovo je jedno od poslednjih izdanja „Ekonomista“ - „Menjanje čovečanstva“.

Priča se o genetskim poboljšanjima, ne o lečenjima.

Kakve reakcije ste dobili u martu,

od Vaših kolega iz naučnog sveta,

kada ste tražili ili preporučili

da bi trebalo da zastanemo i razmislimo na trenutak?

Dženifer Daudna: Mislim da su kolege u stvari bile oduševljene

što imaju priliku da o ovome otvoreno razgovaraju.

Zanimljivo je da, dok razgovaram sa ljudima,

mojim kolegama naučnicima i ostalima,

postoji širok spektar viđenja ovoga.

Jasno je da je to tema koju je potrebno pažljivo razmotriti i o njoj pričati.

BĐ: U decembru će se održati veliki sastanak

koji ste organizovali Vi i Vaše kolege,

zajedno sa Nacionalnom naučnom akademijom i drugima.

Šta se nadate da će biti ishod tog sastanka, u praktičnom smislu?

DžD: Nadam se da ćemo izneti stavove

mnogih pojedinaca i zainteresovanih strana

koje žele da razmišljaju o odgovornom korišćenju ove tehnologije.

Možda neće biti moguće postići konsenzus,

ali mislim da bi trebalo makar da razumemo

koji su sve problemi u daljem radu.

BĐ: Vaše kolege,

kao što je Džordž Čerč, na primer, sa Harvarda,

kažu: „Da, etička pitanja su u osnovi pitanja sigurnosti.

Testiramo iznova i iznova, na životinjama u laboratoriji,

i kad osetimo da je dovoljno bezbedno, prelazimo na ljude.“

To je druga struja razmišljanja,

da možemo da iskoristimo ovu priliku i prihvatimo je.

Da li možda ovo podstiče razdor u naučnoj zajednici?

Mislim, da li ćemo videti da se neki uzdržavaju

zbog etičkih pitanja,

a neki samo idu napred

jer neke zemlje imaju slabu ili nikakvu regulativu?

DžD: Mislim da će sa svakom novom tehnologijom, posebno ovakvom,

biti različitih stavova

i mislim da je to potpuno razumljivo.

Mislim da će na kraju

ova tehnologija biti korišćena za inženjering ljudskog genoma,

ali mislim da ne bi bilo odgovorno

to uraditi bez pažljive diskusije i razmatranja

rizika i potencijalnih komplikacija.

BĐ: Postoje mnoge tehnologije i druga naučna polja

koja se razvijaju eksponencijalno, skoro kao vaše polje.

Mislim na veštačku inteligenciju, autonomne robote itd.

Niko izgleda -

osim autonomnih robota za ratovanje -

niko nije pokrenuo sličnu diskusiju u tim poljima,

pozvao na moratorijum.

Da li mislite da će vaša diskusija poslužiti kao primer drugima?

DžD: Mislim da je naučnicima teško da izađu iz laboratorije.

Govoreći u svoje ime,

to je pomalo neprijatno.

Međutim, mislim da, biti deo nastanka ovoga,

stavlja mene i moje kolege u poziciju odgovornosti.

Rekla bih da se zaista nadam da će ostale tehnologije

biti razmatrane na isti način,

kao što bismo želeli da razmotrimo nešto što bi moglo imati posledice

u drugim poljima osim biologije.

BĐ: Dženifer, hvala što ste došli na TED.

DžD: Hvala vama.

(Aplauz)