CRISPR-Cas9: Πώς να αλλάξετε το DNA σας!

Πέμπτη, 15 Απριλίου 2021, 11:04

Πώς μπορούμε να αλλάξουμε το DNA των οργανισμών; Είναι ασφαλές να μεταβάλλουμε τη γενετική μας πληροφορία; Ποια η σημασία της για το παρόν και το μέλλον της γονιδιακής θεραπείας;

Με το βραβείο Νόμπελ Χημείας του 2020 να απονέμεται σε δύο γυναίκες επιστήμονες, την Emmanuelle Charpentier και την Jennifer A. Doudna, η μέθοδος μηχανικής CRISPR-Cas9 έρχεται στο προσκήνιο. Μαζί της συμπαρασέρνει μια ενδόμυχη ελπίδα˙ τη δυνατότητα αξιοποίησής της για την εξάλειψη γενετικών ασθενειών. Για πρώτη φορά μοιάζει εφικτή η παρεμβολή στο γενετικό υλικό και η, κατά βούληση, τροποποίησή του. Ας εξερευνήσουμε, λοιπόν, τι κρύβεται πίσω από αυτή τη σπουδαία ανακάλυψη.

Η ιστορία των δύο επιστημόνων ξεκινάει με μία απρόσμενη ανακάλυψη. Τυχαία, ενώ μελετούσε τον τρόπο λειτουργίας ενός μικροοργανισμού, η Charpentier εντόπισε το σύστημα CRISPR-Cas9. Πρόκειται για τμήμα μηχανισμού που προσομοιάζει με μια αρχαία εκδοχή ενός ανοσοποιητικού συστήματος. Ρόλος του είναι η καταστροφή του DNA των ιών που προσβάλλουν το βακτηριακό κύτταρο, με σκοπό τη δική του προστασία.

Συνεργαζόμενη με την Doudna κατάφεραν να συνθέσουν εκ νέου το σύστημα αυτό στο εργαστήριο. Σχεδίασαν ένα εργαλείο με ικανότητα στοχευμένης και συγκεκριμένης τροποποίησης ενός μορίου DNA. Το «μοριακό ψαλίδι», όπως συχνά αποκαλείται, βασίζει τη δράση του στη δυνατότητα απομάκρυνσης ενός κομματιού DNA και αντικατάστασής του με το επιθυμητό τμήμα. Ανοίγει, δηλαδή, ο δρόμος για την αντιμετώπιση ασθενειών, στοχεύοντας στη ρίζα του προβλήματος, δίχως παράπλευρες απώλειες και σε, εφόρου ζωής, θεραπείες.

Στην ιστορία αυτή μπορούμε να παρατηρήσουμε ένα μοτίβο, το οποίο εμφανίζεται συχνά στην επιστημονική έρευνα. Πώς, δηλαδή, η μελέτη ενός μικροοργανισμού οδήγησε σε ανακάλυψη ενός σπουδαίου συστήματος. Αλλά και πώς ο τυχαίος αυτός εντοπισμός υπέπεσε στην αντίληψη ενός διορατικού επιστήμονα, ο οποίος άδραξε την ευκαιρία που εμφανίστηκε μπροστά του. Πέραν όμως της αξίας της τύχης (που είναι γενικά γνωστή), αξίζει να τονίσουμε πως κάποια από τα σημαντικότερα μυστικά της ζωής, μας τα έχουν αποκαλύψει τέτοιες, φαινομενικά, απλές μορφές ζωής. Στη συγκεκριμένη περίπτωση μάλιστα, η μίμηση του τρόπου λειτουργίας ενός μικροοργανισμού μοιάζει ικανή να δώσει λύσεις σε κάποια από τα σημαντικότερα προβλήματα του ανθρώπου.

Εφαρμογή της τεχνικής CRISPR-Cas 9 στη γονιδιακή θεραπεία

Σύμφωνα με έρευνα που δημοσιεύθηκε το 2015, περισσότερες από 3.000 μεταλλάξεις γονιδίων έχουν συσχετιστεί με εμφάνιση μονογονιδιακών ασθενειών. Δηλαδή, ασθένειες που οφείλονται σε δυσλειτουργία ενός και μόνο γονιδίου. Το πρόβλημα αυτό θα μπορούσε να επιλυθεί αν αφαιρούσαμε – σαν κομμάτι παζλ – το γονίδιο αυτό και βάζαμε στη θέση του ένα λειτουργικό. Ωστόσο, τα εργαλεία που ήταν μέχρι τώρα διαθέσιμα, δεν μπορούσαν να εγγυηθούν την απαραίτητη ακρίβεια στη διαδικασία αυτή. Η τεχνική CRISPR-Cas9, λόγω της υψηλής ειδικότητας και ταχύτητάς της, ανοίγει το δρόμο για την ανάπτυξη ασφαλέστερων μεθόδων γονιδιακής θεραπείας.

Πρόσφατα, ξεκίνησε στις ΗΠΑ η πρώτη κλινική δοκιμή θεραπείας που βασίζεται στην CRISPR-Cas9 και παρεμφερείς μελέτες πληθαίνουν διαρκώς. Όμως, είναι ήδη εμφανής η ανάγκη σχεδιασμού νέων και πιο εξειδικευμένων εργαλείων, ώστε να προχωρήσουμε σε ευρεία εφαρμογή της μεθόδου. Επιπλέον, για κάθε θεραπεία θα πρέπει να συντεθούν ειδικά «μοριακά ψαλίδια» που θα αναγνωρίζουν και θα αφαιρούν μόνο το τμήμα του DNA που φέρει την εκάστοτε βλάβη.

Κατά παραγγελία DNA

Καθώς η επιστήμη σημειώνει αλματώδη βήματα στην προσπάθεια επιδιόρθωσης γενετικών βλαβών των οργανισμών, αναδύονται, παράλληλα, ποικίλες ανησυχίες. Εφόσον μπορούμε να αλλάξουμε κατά βούληση συγκεκριμένα τμήματα του DNA, μήπως μπορούμε να τα σχεδιάσουμε εξαρχής όπως επιθυμούμε; Η απάντηση είναι, ναι. Η τροποποίηση του DNA εμβρύων, ώστε να φέρουν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά είναι εφικτή και μάλιστα έχει ήδη γίνει πραγματικότητα. Τον Νοέμβριο του 2018 μια γυναίκα έφερε στον κόσμο δίδυμα κορίτσια˙ τα πρώτα βρέφη που είχαν τροποποιηθεί γενετικά. Ο He Jiankui, ο επιστήμονας, υπεύθυνος για τη δράση αυτή, καταδικάστηκε σε 3 χρόνια φυλάκισης για παράνομη ιατρική πρακτική. Κατάφερε, ωστόσο, να θέσει προηγούμενο, ώστε να διασαφηνιστούν τα όρια χρήσης σύγχρονων εργαλείων με πληθώρα δυνατοτήτων, αλλά και να ανοίξει διάλογος για τους ηθικούς κανόνες που διέπουν τέτοιου είδους πρακτικές.

Με την εικόνα του βραβείου Νόμπελ στα χέρια των δύο κορυφαίων επιστημόνων στο νου μας, ας αναλογιστούμε τις αμέτρητες δυνατότητες που παρουσιάζονται για τη βελτίωση της ανθρώπινης ζωής. Μην ξεχνάμε, όμως, πως κάθε σπουδαία ανακάλυψη, συνοδεύεται και από μεγάλη ευθύνη.

Σας άρεσε; Μοιραστείτε το!

Ακούστε το Podcast

Πηγές

Cox, D. B., Platt, R. J., & Zhang, F. (2015). Therapeutic genome editing: prospects and challenges. Nature medicine, 21(2), 121–131. https://doi.org/10.1038/nm.3793
Lino, C. A., Harper, J. C., Carney, J. P., & Timlin, J. A. (2018). Delivering CRISPR: a review of the challenges and approaches. Drug delivery, 25(1), 1234-1257.
Uddin, F., Rudin, C. M., & Sen, T. (2020). CRISPR gene therapy: applications, limitations, and implications for the future. Frontiers in Oncology, 10.
Zhang B. (2021). CRISPR/Cas gene therapy. Journal of cellular physiology, 236(4), 2459–2481. https://doi.org/10.1002/jcp.30064.
Liu, R., Liang, L., Freed, E. F., & Gill, R. T. (2020). Directed Evolution of CRISPR/Cas Systems for Precise Gene Editing. Trends in Biotechnology.
Cox, D. B. T., Platt, R. J., & Zhang, F. (2015). Therapeutic genome editing: prospects and challenges. Nature medicine, 21(2), 121-131.
Zhang, B. (2020). CRISPR/Cas gene therapy. Journal of Cellular Physiology.
Ramezankhani, R., Minaei, N., Haddadi, M., Torabi, S., Hesaraki, M., Mirzaei, H., Vosough, M., & Verfaillie, C. M. (2021). Gene editing technology for improving life quality: A dream coming true?. Clinical genetics, 99(1), 67–83. https://doi.org/10.1111/cge.13794.
Cyranoski D. (2020). What CRISPR-baby prison sentences mean for research. Nature, 577, 154-155. https://doi.org/10.1038/d41586-020-00001-y.
ClinicalTrials.gov Identifier: NCT02793856