Je možné vďaka génovému editovaniu dosiahnuť, aby sa rodičom narodilo „superbaby“, dieťa so špeciálnymi vlastnosťami, ktoré nebude trpieť niektorými chorobami? Nie, táto predstava rodičov hovorí iba o tom, že sa v genetike nevyznajú, rozpráva o jednej z najčastejších otázok, ktoré dostáva, nositeľka Nobelovej ceny za chémiu Emmanuelle Charpentier.
Spoluautorka prevratnej genetickej metódy Crispr prišla na Slovensko s podporou Esetu propagovať budúcoročný festival vedy Starmus.
Liečba ochorení krvi
Čo všetko dnes, desať rokov po jej objavení, vedcom umožňuje metóda Crispr?
Dnes sú k dispozícii najrôznejšie praktické aplikácie génového editovania spojené s bunkovou terapiou. Je to tak aj vďaka tomu, že už sú dostupné aj techniky náhrady buniek. Spôsob, ako dostať technológiu Crispr do buniek, ktoré budú v tele nahradené, už je tiež dostatočne prepracovaný. Vďaka tomu sa stal reálnou a efektívnou metódou.
Dve genetické poruchy krvi, ktoré vďaka nemu vieme liečiť, však dokážeme liečiť aj preto, že je jednoduché nahradiť krvné bunky.
Čo v tomto prípade znamená „jednoduché“ – že je to technicky možné, alebo aj aplikovateľné v bežnej praxi a cenovo dostupné?
Je to možné a stáva sa to stále bezpečnejšie. Použitie technológie je možné v prípade niektorých rakovín, napríklad leukémie. Existujú už pacienti, ktorí sú liečení s použitím Crispr metódy, reálne sa to deje.
Vývoj technológie pokračuje tak, aby umožnil liečenie iných druhov chorôb, ako sú poruchy metabolizmu, napríklad diabetes, a aj niektorých chorôb, pri ktorých sa technológia musí podať in vivo.
Hľadajú sa „kuriéri“
Samotná metóda je teda funkčná, technickou výzvou sú skôr jej jednotlivé aplikácie?
Áno, Crispr nie je to povestné „úzke hrdlo“. Tým sú skôr „delivery technológie“, teda metódy, vďaka ktorým sa liek dostane v tele tam, kde je potrebný. Tie musia byť špecifické, zamerané na konkrétne bunky či tkanivá.
Metóda Crispr sa dá nasadiť veľmi špecificky, zložitejšia je skôr otázka „delivery“, najmä či je pre pacienta bezpečná. Vyžaduje si to mnoho ďalšieho vývoja a prispôsobovania Crispr metódy konkrétnym delivery systémom.
Aby ste mohli nasadiť editovanie génov, musíte najprv poznať mechanizmus, ktorým konkrétne gény ovplyvňujú daný problém. Táto časť so samotnou metódou Crispr ani nesúvisí, však?
Je to tak. Prvé problémy, na ktoré bolo možné Crispr nasadiť, boli ľudské genetické poruchy. Tie vedci, samozrejme, skúmali aj predtým, ako bol vyvinutý Crispr, potrebovali však nejakú presnú technológiu.
Emanuelle Charpentier a švédsky premiér Ulf Kristersson na bankete po udeľovaní Nobelových cien v decembri 2022. Foto: SITA/AP
Dostupné boli pôvodne technológie na báze nukleáz, enzýmov, ktoré štiepia nukleové kyseliny. Fungujú podobne ako Crispr, ale vyrobiť systém zameraný na špecifický gén a sekvenciu génu, ktorú je potrebné pozmeniť, bolo relatívne nepraktické. Bolo potrebné vytvoriť nový proteín a nový enzým.
Pri Crispr a Cas 9 je to oveľa jednoduchšie, keďže potrebujete vytvoriť molekulu RNA. Od začiatku bolo jasné, že ak Crispr tak dobre funguje v baktériách, ktoré sa vďaka takýmto opakovaným sekvenciám bránia proti vírusom, tak v prípade, že tieto minimálne komponenty schladíme, purifikujeme a izolujeme, môžeme ich použiť aj na iné typy organizmov ako baktérie. Získame tak mocný a precízny nástroj.
Vedci ho aj veľmi rýchlo začali používať v upravenej podobe na rôzne typy buniek a organizmov.
Ako rýchlo?
Skutočne veľmi, veľmi rýchlo. Metóda bola publikovaná v roku 2012 a odvtedy zmenila spôsob, akým sa v biológii a prírodných vedách robí genetika.
Rekombinovanie DNA a modifikovanie génov je čosi, čo molekulárni biológovia robia už viac ako päťdesiat rokov. Akurát Crispr je metóda, ktorá je univerzálnejšia, dá sa ľahko nasadiť a jej základ je rovnaký pre všetky organizmy.
Ako vypnúť gény
To je asi pre laika prekvapujúca vlastnosť – pochádza zo sveta baktérií, ale funguje univerzálne.
Je to tak, dá sa vďaka nej vstúpiť do DNA akéhokoľvek typu buniek, nezávisle od usporiadania, takzvanej konformácie DNA. Keďže niektoré oblasti sú refraktórne, nástroj sa nedá používať na úplne každú časť DNA, ale je to revolučná technológia, ktorá zlepšila porozumenie funkcie génov a mechanizmov života.
Keď pred jedenástimi rokmi prišla, bolo to zhodou okolností v čase, keď sme konečne získali aj lepšie technológie potrebné na rast kmeňových buniek, indukovaných kmeňových buniek a nezrelých, takzvaných hematopoietických buniek.
Dovtedy ich vedci nemali?
Niektoré ľudské bunky sme pôvodne nedokázali kultivovať dostatočne dobre. Vedci však dokázali prísť s kultiváciou organoidov, takzvaných „mini mozgov“. Toto pred desiatimi-pätnástimi rokmi neexistovalo.
Všetko sa napokon spojilo, úžasným spôsobom sa vyvinuli aj zobrazovacie technológie, pribudli tiež možnosti výkonného, tzv. high-throughput sekvenovania DNA a RNA. Poskočila aj proteonomika, výskum súboru bielkovín v rámci jedného organizmu.
Dnes už dokážeme robiť „knockout“, deaktivovanie génov podstatne jednoduchším spôsobom. Pridalo sa aj veľa technológií, ktoré pomohli pochopiť fungovanie génov a mechanizmy chorôb.
Menej myší, rýchlejší vývoj liekov
Revolúciu teda spôsobilo veľa faktorov a ich súhra? Či aj ich širšie dôsledky?
Samotná Crispr technológia napríklad pomohla reprodukovať v laboratóriu mutácie, ktoré vidíme u pacientov s niektorými typmi rakoviny. Umožňuje nám to lepšie pochopiť korelácie istých mutácií a dôsledky pre niektoré choroby, no a potom vyvinúť lepšie modely pre výskum a vývoj. Také, ktoré sú bližšie klinickým podmienkam.
Tieto modely možno potom použiť napríklad na identifikovanie vhodnejších cieľov pre liečivá. Celý farmaceutický biznis sa vďaka tomu výrazne vyvíja.
Pôvodne sa celý výskum robil na myšiach, čo je, samozrejme, jeden z modelov, ktorý je vo farmakológii stále dôležitý. Produkcia „knockout myší“ a transgénových myší sa vďaka Crispr zrýchľuje a potrebujeme používať menej zvierat.
Aplikácií a dôsledkov je veľmi veľa, a to sme ešte nehovorili o poľnohospodárstve. Aj tu má metóda veľké možnosti. Bolo to zjavné už na začiatku, aspoň v polohe pravdepodobného využitia. Priam šialené je však to, že vedci dokázali metódu skutočne mimoriadne rýchlo aplikovať.
Čo určovalo tempo zavádzania? Patenty? Rozpočty? Predpisy?
O Crispr mal záujem každý, lebo dovoľoval robiť veci, ktoré sa dovtedy robiť nedali – napríklad generovanie nových rastlín alebo transgenických zvierat. Niekomu to znie hrozivo, ale myslené je to vecne. Biológovia predsa s génmi robili vždy – metóda „narušiť gén a vidieť, čo sa stane“ je základ pre pochopenie jeho zmyslu.
Čo sa týka predpisov: máte ich všade, napríklad aj v oblasti intelektuálneho vlastníctva, ale od istého momentu sa o ne málokto staral. Prevládlo vedomie, že ak nepôjdeme vpred my, pôjde sused, že patenty sa nejako vyriešia neskôr. Aj biotechnologické firmy a farmafirmy jednoducho v istý moment išli vpred.
Napokon, veď každá inštitúcia, biotechnologické laboratórium, či už vo vedeckej inštitúcii, v nemocnici alebo inde, sa aj tak riadi rôznymi predpismi, takže vie, čo má a čo nemá robiť. Ak výskum a komercionalizácia produktu zahŕňajú použitie Crispr, tak táto metóda je len súčasťou širšieho projektu, ktorý sa riadi podľa príslušných predpisov.
Aj my ľudia sme GMO
Ako sa líšia predpisy pre Crispr od predpisov pre staršie geneticky modifikované organizmy (GMO)?
Pre niektoré typy komercionalizácie, napríklad v poľnohospodárstve, už Európsky súdny dvor rozhodol, že rastliny, ktoré sa vytvorili s použitím metódy Crispr, budú regulované rovnako ako tie, ktoré boli vytvorené nástrojmi používanými pred jeho nástupom. Všetky tieto plodiny niesli označenie „GMO“, ale to teraz viedlo k zmätkom.
Pôvodné nástroje boli totiž iné ako Crispr. Vždy sa do bunky zavádzala DNA, kým Crispr dokáže reprodukovať modifikácie, ktoré sa dejú v prírode. Kontextom toho všetkého je, že geneticky modifikované organizmy čelia stigmatizácii, akoby išlo o niečo diabolské.
Ale aj my samotní sme predsa geneticky modifikované organizmy (GMO), keďže naše bunky sa menia – aj teraz, keď tu sedíme na stoličke. Aj rastliny sa stále modifikujú, menia si genóm.
Ako pred pár storočiami, keď vo viniciach náhodným opelením vznikla dnes slávna odroda hrozna Cabernet Sauvignon?
Presne tak. Teraz si môžeme vybrať technológiu, ktorá je bezpečná a dá sa kontrolovať, takže keď vytvoríme rastlinu, presne vieme, čo sme urobili. Môžeme si overiť, že sme urobili to, čo sme chceli. Naopak, ostatné technológie používajú pesticídy a chemikálie a tie sú vysoko mutagénne.
Keď si to ľudia uvedomia, môžu sa zamyslieť nad tým, aký je prínos mutácie. Prírodou vytvorený Cabernet Sauvignon asi bude prínosom. Breeding, šľachtenie, napríklad aj takých zemiakov, však znamená aj spájanie druhov a to už sú veľké genetické modifikácie, skutočne veľká „párty génov“. Tieto postupy pritom nikto nespochybňuje.
Etická stránka génového inžinierstva
Sú ľudia voči GMO nadmerne kritickí?
Možno je to tak preto, že si ich spájajú s veľkými lobistickými skupinami. Tá skutočná otázka však vždy znie, čo chceme s použitím genetiky dosiahnuť. Ak je to napríklad, vymyslím si, vyrobiť plodiny, ktoré majú vyššiu koncentráciu cukru, tak v prípade, že si myslím, že by sme nemali jesť priveľa cukru, tak na to poviem: nie, nemám záujem.
Ale úplne najdôležitejšie aj tak je, aby si ľudia mohli informovane vybrať, aby dostali lepšie informácie o tom, čo konzumujú. Ak viem, že produkt bol zmenený Crispr metódou a je uvedené, čo sa zmenilo, tak si môžem byť istejšia, ako keby išlo o genetickú mutáciu vďaka pesticídom.
V zásade teda ide o morálne neutrálnu technológiu, podobne, ako je napríklad umelá inteligencia?
Predovšetkým je to technológia, ktorá je už tu. Otázka znie, na čo ju použijete, aká je etika tohto nasadenia. Aké sú vhodné aplikácie a aké sú zásady či predpisy, ktorými sa majú riadiť? Ale takto sa o tejto oblasti vôbec nedebatuje a pre mňa je to pritom základ.
Podľa mňa je kriticky dôležité, aby ľudstvo pochopilo technológie, ktoré dennodenne používame. Žijeme v technologickom svete, používame technológie a je ťažké ich nepoužívať – napríklad taký mobil. Kto ho nepoužíva, akoby nebol súčasťou spoločnosti.
Je preto dôležité, aby sa technológie stali predmetom výuky na školách. Nepotrebujeme sa učiť iba o literatúre, ale aj o tom, čo jeme a používame. Až potom si vieme vybrať z toho, čo máme k dispozícii.
Choroby modernej doby
Spomínali ste cukor. Aký máte názor na jeho obsah v potravinách?
Veľmi sa obávam toho, aké sú dnešné potraviny. Myslím si, že ľudské pokolenie ničia. Ak deti nemajú rodičov, ktorí ich naučia, aby nejedli toľko cukru…
Viete, dnes už prakticky každý súhlasí s tvrdením, že sa blížime k momentu, keď dnešné deti – až budú mať dvadsaťpäť, tridsať, tridsaťpäť rokov – budú mať z obrovského percenta diabetes. Konzumujú priveľa cukru, stále jedia sladkosti a k cukru majú prístup po celý čas.
Každý hovorí, že by sme mali jesť nespracované potraviny, ale každý vie aj to, že spracované potraviny sú lacnejšie. Potravinársky priemysel má veľký vplyv, je veľkým znečisťovateľom a stojí za nepochopením geneticky modifikovaných organizmov. Veď inak by asi každý súhlasil s tým, aby lokálni farmári mali prístup k technológii Crispr, aby im rastliny lepšie rástli.
Problém dnešnej doby je, že máme viac a viac technológií, ktoré nám umožňujú žiť dlhšie, a teda budeme žiť aj s väčším a väčším počtom chorôb, lebo životný štýl máme sedavý a stravujeme sa extrémne zle.
Len vzdelané obyvateľstvo bude tejto problematike rozumieť, bude môcť viac športovať a jesť zdravšie – keď na to bude mať aj prostriedky.
Niekedy sa hovorí o obezite ako o epidémii.
Ak si nedáme pozor, rozšírime mnohé metabolické choroby, napríklad aj na rôznych kontinentoch, a to len preto, že dovezieme spracované potraviny zo Západu do odlišnej populácie, ktorá má inú genetickú výbavu, neschopnú poradiť si s novým typom potraviny.
Ale keď hovoríme o obezite – keď som mala štrnásť-pätnásť rokov, mali v triede nadváhu jeden-dvaja. Teraz je to naopak, máte jedného-dvoch chudých. Je to typické pre celý západný svet, ktorý má neobmedzený prístup k potravinám.
To je téma, ktorá je síce dosť ďaleko od genetiky či Crispr, ale veda o potravinách a športe je tiež veľmi zaujímavá. Počas pandémie sa ukázalo, že mnohé deti stratili chuť do života, sčasti asi aj preto, že mali stále pri sebe rodičov.
Ak si uvedomíme, že nastupujúca generácia bude čeliť problému vymývania mozgov na sociálnych médiách, stravuje sa zle a nehýbe sa, tak vidíme, že tvoríme generáciu, ktorá bude letargická. Vidím to už na mojich študentoch. Veľmi rýchlo sú unavení. Som si istá, že je tam metabolická spojitosť.
Nahradí bolestivú liečbu?
To je asi príklad kombinácie nežiaducich vedľajších účinkov prevratnej modernej technológie, však?
Ak sa vrátime ku Crispr, aj v tomto prípade ľudia veľa hovorili o nezamýšľaných účinkoch. To je legitímne. Ak však ide o bunkovú terapiu s génovým editovaním, tak bunky, ktoré sú uvedené späť do organizmu, sú verifikované. A máte na výber – skúsiť túto metódu alebo brať veľa liekov. Prečítate si potom aj zoznam vedľajších účinkov liekov?
Ľudia berú paracetamol či aspirín a veľmi sa nad ich vedľajšími účinkami nezamýšľajú. O mnohých ani nevedia a často tiež netušia, čo jedia a pijú. Ale len preto, že ide o genetické inžinierstvo, sa jednej technológie obávajú.
Všetky použitia Crispr, ktoré sú dnes v praxi nasadené, sú bez námietok. Pacienti sú veľmi šťastní, že majú alternatívu. Diagnóza beta talasémia a kosáčikovitá choroba pre nich znamená, že buď dostanú genetickú terapiu, alebo musia každý mesiac podstúpiť transfúziu, ktorá je dosť bolestivá a aj tak žijú len veľmi krátko.
Keď mi pacienti píšu, vidím, že nad nejakou dilemou ani len nerozmýšľajú. Ak im povedia, že ich dieťa bude žiť rok či dva, sú pripravení vyskúšať aj niečo nové. Hovoria: „Ak môžeme pomôcť, tak ideme aj do rizika.“ Ak by neboli ľudia, ktorí sú ochotní ísť do rizika, napríklad do klinických testov, nemali by sme žiadne technológie a lieky.
Rozhovor s Emmanuelle Charpentier vyšiel v júlovom čísle magazínu Forbes.
