Το ψαλίδι το έχουμε και κόβει πολύ καλά. Το χέρι είναι έτοιμο. Θα κόψουμε όμως; Σε αυτές τις τρεις μικρές προτάσεις συμπυκνώνεται το δίλημμα επιστημόνων και ειδικών επί θεμάτων βιοηθικής που καλούνται να αποφανθούν σχετικά με το αν βρετανοί ερευνητές θα μπορέσουν να παρέμβουν στον γενετικό κώδικα ανθρωπίνων εμβρύων. Ανεξάρτητα πάντως από την απόφαση των αρμοδίων, η μοριακή κοπτοραπτική που ονομάζεται genome editing έχει αρχίσει. Βλέπετε, τα θέλγητρά της είναι πολλά: κατανόηση της λειτουργίας των γονιδίων, ανάπτυξη θεραπειών που ούτε μπορούσαμε να φανταστούμε στο πρόσφατο παρελθόν… Και όλα αυτά χάρη σε ένα μοριακό ψαλίδι υψηλής πιστότητας που οι ερευνητές δανείστηκαν μεν από τα βακτήρια αλλά που, όπως όλες οι μελέτες μέχρι τώρα δείχνουν, κόβει το ίδιο καλά σε όποιο γονιδίωμα και αν βρεθεί. Οι βιολόγοι γνωρίζουν ότι ένα καινούργιο κεφάλαιο της μοριακής βιολογίας και γενετικής έχει ήδη ξεκινήσει. Πού θα φτάσει άραγε;
Μια πολύ καθοριστική απόφαση για το μέλλον όλων μας αναμένεται να ληφθεί τις επόμενες ημέρες. Οχι, δεν έχει να κάνει ούτε με το ΔΝΤ ούτε με τους θεσμούς και τα ζητούμενά τους, ούτε καν με το Ασφαλιστικό ή την εκπαιδευτική μεταρρύθμιση. Εχει να κάνει με το αν θα επιτραπεί ένα είδος πειραματισμού ο οποίος θα μπορούσε στο μέλλον να αλλάξει το ανθρώπινο είδος!
Ειδικότερα βρετανοί ερευνητές του Ινστιτούτου Francis Crick στο Λονδίνο έχουν υποβάλει αίτημα στην αρμόδια αρχή (Human Fertilisation and Embryology Authority –Αρχή Ανθρώπινης Αναπαραγωγής και Εμβρυολογίας) προκειμένου να τους επιτραπεί να παρέμβουν στο γενετικό υλικό ανθρώπινων εμβρύων! Μια θετική απάντηση θα σημάνει ότι οι βρετανοί ερευνητές θα είναι οι δεύτεροι στον κόσμο, έπειτα από έναν ατυχή πειραματισμό κινέζων συναδέλφων τους, που θα επιχειρήσουν παρέμβαση στο γενετικό υλικό ανθρώπινων εμβρύων. Και παρά το γεγονός ότι τα εν λόγω έμβρυα, τα οποία θα προέρχονται από κλινικές υποβοηθούμενης αναπαραγωγής, θα διατηρηθούν σε εργαστηριακές συνθήκες για μία εβδομάδα και στη συνέχεια θα καταστραφούν, το όλο εγχείρημα θα ανοίξει τον δρόμο για παρεμβάσεις που στο μέλλον θα μπορούσαν να επιφέρουν κληρονομήσιμες αλλαγές στο ανθρώπινο είδος. Με άλλα λόγια, θα μπορούσαν να επιδράσουν με άμεσο τρόπο στην εξέλιξή του!
Αμεση παρέμβαση στην Εξέλιξη, για καλό!
Το αίτημα της ερευνητικής ομάδας, της οποίας ηγείται η δρ Kathy Niakan, κατατέθηκε τον περασμένο Σεπτέμβριο και η συζήτησή του έλαβε χώρα στις 13 Ιανουαρίου. Το ότι η απόφαση καθυστερεί είναι ένδειξη της περιπλοκότητας του θέματος. Δεν προβληματίζει τόσο ο στόχος του πειραματισμού, ο οποίος είναι φιλόδοξος μεν αλλά απολύτως θεμιτός: η ερευνητική ομάδα θεωρεί ότι θα πάρει απαντήσεις σε ερωτήματα που απασχολούν την επιστήμη για περισσότερο από έναν αιώνα. Ειδικότερα οι ερευνητές θα ήθελαν να μάθουν πώς τα γονίδια συνεργάζονται στο μόλις γονιμοποιημένο ωάριο ώστε να παραχθούν τρεις διαφορετικές κυτταρικές ομάδες σε ένα έμβρυο μερικών μόνο ημερών. Καθώς η μία ομάδα κυττάρων δημιουργεί τον πλακούντα, η δεύτερη το καθαυτό έμβρυο και η τρίτη τις υποστηρικτικές δομές που επιτρέπουν τη θρέψη του εμβρύου, η γνώση που θα αποκτηθεί θα μπορούσε να συμβάλει στην αποτροπή των αποβολών και όχι μόνο, λένε οι ερευνητές.
Για να αποκτήσουν όμως αυτή τη γνώση οι βρετανοί ερευνητές προτίθενται να καταστρέψουν συγκεκριμένα γονίδια (για να μελετήσουν την επίδραση της απουσίας τους στο αναπτυσσόμενο έμβρυο). Και θα τα καταστρέψουν αξιοποιώντας μια τεχνική που κάνει ευκολότερες από ποτέ τις παρεμβάσεις στο γενετικό υλικό, ανθρώπινο ή άλλο. Και είναι ακριβώς αυτή η τεχνική που προκαλεί πονοκέφαλο στους ειδικούς και στην κοινή γνώμη, καθώς και το γεγονός ότι οι αλλαγές στο γενετικό υλικό εμβρύων είναι αλλαγές που (εφόσον τα έμβρυα ολοκληρώσουν την ανάπτυξή τους) θα φτάσουν στα δικά τους γενετικά κύτταρα (ωάρια ή σπερματοζωάρια) και θα περάσουν στους απογόνους τους. Είμαστε έτοιμοι για ένα τέτοιο βήμα;
«Ιερό Δισκοπότηρο» για τις κληρονομικές νόσους
Στόχος του σημερινού άρθρου δεν είναι να εξετάσει την ηθική συνιστώσα της παρέμβασης στο εμβρυϊκό γενετικό υλικό, για την οποία θα αποφανθούν εν καιρώ οι αρμόδιοι. Αξίζει όμως να αναλυθούν οι επιστημονικές πτυχές της τεχνικής, η οποία ονομάζεται genome editing και η οποία έχει κυριολεκτικά σαρώσει το πεδίο της μοριακής βιολογίας την τελευταία τριετία. Στην πραγματικότητα, η ανάπτυξη της εν λόγω τεχνικής ήρθε να αναπτερώσει τις ελπίδες για θεραπείες κληρονομήσιμων ασθενειών μετά τις ατυχίες της γονιδιακής θεραπείας. (Οι τακτικοί αναγνώστες του «ΒΗΜΑScience» θα θυμούνται τις αναφορές μας σε προσπάθειες να αντικατασταθούν γονίδια που ευθύνονται για κληρονομικά νοσήματα από υγιή τα οποία θα μεταφέρονταν στις κατάλληλες θέσεις με τη βοήθεια ιών. Δυστυχώς οι προσπάθειες γονιδιακής θεραπείας σταμάτησαν απότομα με τον θάνατο ενός ασθενούς σε μία από τις πρώτες κλινικές δοκιμές.)
Η ανάπτυξη τεχνικών οι οποίες θα επέτρεπαν την αποκατάσταση των βλαβών του DNA είναι πάγιο αίτημα πολλών ομάδων ασθενών που πάσχουν από κληρονομικές νόσους. Πάρτε για παράδειγμα τη μεσογειακή αναιμία: μία και μόνη αλλαγή στη σειρά των «γραμμάτων» του γενετικού κώδικα έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση της νόσου που υποχρεώνει τους ασθενείς σε μηνιαίες μεταγγίσεις αίματος. Πόσο ωραίο θα ήταν να μπορούσε να διορθωθεί ο γενετικός κώδικας, να μπει δηλαδή στη θέση του το σωστό, και οι ασθενείς να μπορούν να παράγουν τη δική τους αιμοσφαιρίνη! Και να γινόταν αυτό σε ενηλίκους, όχι σε έμβρυα, για να μην υπάρχουν τεράστια ηθικά ζητήματα…
Πώς λειτουργεί το «μοριακό ψαλίδι»
Δεν υπάρχει αμφιβολία πως οι δυνατότητες του genome editing είναι τόσο μεγάλες ώστε να αποτελεί σχεδόν μονόδρομο η αξιοποίησή του τόσο ερευνητικά όσο και (μελλοντικά) κλινικά. Βλέπετε, βασίζεται σε ένα σύστημα που έχει επιλεγεί από τη φύση και είναι δοκιμασμένο για χιλιάδες χρόνια: χρησιμοποιείται από τα βακτήρια προκειμένου να απαλλαγούν από τους ιούς που τα μολύνουν και βασίζεται στην αναγνώριση του ιικού DNA από μικρά μόρια RNA (τα CRISPR) τα οποία προσκολλώνται σε αυτό φέρνοντας μαζί τους και ένα μοριακό ψαλίδι (την πρωτεΐνη Cas9), ένα ένζυμο που κόβει το εχθρικό DNA. Αντιγράφοντας τους μικροοργανισμούς οι ερευνητές σχεδιάζουν μόρια RNA τα οποία αναγνωρίζουν συγκεκριμένες αλληλουχίες του γενετικού κώδικα και προκαλούν τομές με μεγάλη ακρίβεια. Και όχι μόνο αυτό: μπορούν να απομακρύνουν απλώς ένα γονίδιο ή μέρος αυτού αλλά και να το αντικαταστήσουν με όποιο επιθυμούν. Επίσης μπορούν να κάνουν το ίδιο σε περισσότερα του ενός γονίδια τα οποία βρίσκονται σε διαφορετικές θέσεις στο γονιδίωμα.
Τέλος, για να γίνουν όλα αυτά δεν απαιτείται «βαρύς» εξοπλισμός, αρκεί ένα κανονικά εξοπλισμένο εργαστήριο μοριακής βιολογίας, ενώ ο χρόνος του πειραματισμού είναι υποπολλαπλάσιος του χρόνου που θα απαιτούνταν με χρήση οποιασδήποτε άλλης τεχνικής. Για όλους τους παραπάνω λόγους οι τρεις ερευνητές που συνέβαλαν στην ανακάλυψη αλλά και στην ανάδειξη του συστήματος CRISPR-Cas9 ως βασικού εργαλείου για το genome editing διατηρούν τη βεβαιότητα ότι το βραβείο Νομπέλ τούς περιμένει. Πρόκειται για τη δρα Jennifer Dounda του Πανεπιστημίου Μπέρκλεϊ στις ΗΠΑ, τον δρα Feng Ζhang του Ινστιτούτου Broad του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης στις ΗΠΑ και τη δρα Emmanuelle Charpentier του Ινστιτούτου Max Plank for Infection Biology του Βερολίνου στη Γερμανία.
Αμεσοι στόχοι το AIDS και οι αναιμίες
Ο χρόνος θα δείξει αν οι τρεις ερευνητές λάβουν την ύψιστη επιστημονική διάκριση. Προς το παρόν πάντως τόσο αυτοί όσο και εκατοντάδες άλλοι συνάδελφοί τους ανά τον κόσμο έχουν βαλθεί να εξερευνήσουν τις ατέλειωτες, απ’ ό,τι φαίνεται, δυνατότητες που τους παρέχει το σύστημα CRISPR-Cas9. Τα παραδείγματα που ακολουθούν είναι χαρακτηριστικά του εύρους των εφαρμογών του: μια ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ, της οποίας ηγείται ο καθηγητής Γενετικής δρ George Church, χρησιμοποιεί το σύστημα CRISPR-Cas9 προκειμένου να παρέμβει στο γονιδίωμα βλαστικών κυττάρων τα οποία στη συνέχεια διαφοροποιούνται σε νευρικά κύτταρα. Οι ερευνητές ευελπιστούν να εξαγάγουν χρήσιμα συμπεράσματα για τους μοριακούς μηχανισμούς που διέπουν σοβαρές νευρολογικές παθήσεις. Στην κατανόηση της λειτουργίας του εγκεφάλου είναι ταγμένος και ο δρ Feng Ζhang, ο οποίος μελετά, μεταξύ άλλων, την αιτιολογία του συνδρόμου Angelman, μιας νευρολογικής διαταραχής. Αντιστοίχως, η δρ Dounda, σε συνεργασία με μεγάλη φαρμακευτική εταιρεία, αναπτύσσει με τη βοήθεια του συστήματος CRISPR-Cas9 κυτταρικές σειρές που θα χρησιμοποιηθούν σε δοκιμές φαρμάκων και όχι μόνο. Ομοίως τόσο η δρ Charpentier όσο και ο δρ Zhang έχουν ιδρύσει εταιρείες με στόχο την αξιοποίηση του συστήματος CRISPR-Cas9 σε βιοτεχνολογικές και αγροτικές εφαρμογές. (Αξίζει εδώ να σημειωθεί ότι τα γονιδιώματα των φυτών είναι εξαιρετικά περίπλοκα και πως το εν λόγω σύστημα έχει λύσει τα χέρια των ερευνητών χάρη στην ακρίβειά του.)
Τι απ’ όλα αυτά θα μπει στη ζωή μας; Το ερώτημα είναι δύσκολο να απαντηθεί. Σε ό,τι αφορά τις θεραπείες όμως οι ειδικοί εκτιμούν ότι τα ευκολότερα θα γίνουν πρώτα. Π.χ., είναι δύσκολο να φανταστούμε πώς θα μπορούσε κανείς να παρέμβει στον εγκέφαλο ασθενών, τουλάχιστον προς το παρόν. Μια παρέμβαση στον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ματιού όμως δείχνει ευκολότερη. Το ίδιο ισχύει και για κάποιες αιματολογικές παθήσεις: οι ερευνητές της αμερικανικής εταιρείας Sangamo Bioscience, η οποία την τελευταία δεκαετία αναζητούσε τρόπους γονιδιακής θεραπείας για θαλασσαιμίες, αξιοποιεί τώρα το σύστημα CRISPR-Cas9. Η ιδέα είναι να λαμβάνονται κύτταρα από τον μυελό των οστών των ασθενών και, αφού διορθωθεί η γενετική βλάβη που προκαλεί τη νόσο, να επανεισάγονται στον οργανισμό τους. Με αντίστοιχο τρόπο οι ερευνητές της Sangamo ευελπιστούν να αντιμετωπίσουν τη λοίμωξη από τον ιό HIV ο οποίος προκαλεί το AIDS: λαμβάνουν τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος στα οποία βρίσκει καταφύγιο ο ιός και, αφού τα τροποποιήσουν έτσι ώστε να τα κάνουν άτρωτα σε αυτόν, τα καλλιεργούν και τα επανεισάγουν στην αιματική κυκλοφορία με την ελπίδα να εμποδίσουν την περαιτέρω εξάπλωση του ιού. Ο δρ Zhang, του οποίου την εταιρεία χρηματοδοτεί μεταξύ άλλων και ο Μπιλ Γκέιτς, εκτιμά ότι το σύστημα CRISPR-Cas9 θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον ίδιο λόγο που το χρησιμοποιούν τα βακτήρια: να μας απαλλάσσει από ιικές μολύνσεις. Κάτι τέτοιο θα ανέτρεπε άρδην το πεδίο της αντιιικής φαρμακολογίας.
Από τα παραπάνω γίνεται φανερή η δυναμική του συστήματος CRISPR-Cas9 και του genome editing. Το μέχρι ποιο σημείο θα φτάσουν οι ερευνητές εξαρτάται (όπως εξάλλου συμβαίνει με όλα τα επιστημονικά επιτεύγματα που βρίσκουν κλινικές και άλλες εφαρμογές) τόσο από τις όποιες πειραματικές δυσκολίες όσο και από τα ζητούμενα και τις πιθανές αντιρρήσεις της κοινής γνώμης. Μείνετε συντονισμένοι…
Ερωτήσεις-Απαντήσεις
Τι είναι το genome editing;
Κατ’ αντιστοιχία με τη διόρθωση κειμένου (text editing), οι βιολόγοι χρησιμοποιούν τον όρο genome editing για να περιγράψουν το αποτέλεσμα συγκεκριμένης παρέμβασής τους που στοχεύει στη διόρθωση λαθών στον γενετικό κώδικα.
Πρόκειται για μια εντελώς καινούργια ιδέα;
Καθόλου! Από τις απαρχές της μοριακής βιολογίας, οι ερευνητές ανέπτυξαν τρόπους παρέμβασης στο DNA προκειμένου να το μελετήσουν. Tο genome editing αποτελεί το πλέον πρόσφατο και μαζί απλό και γρήγορο «εργαλείο» παρέμβασης στο DNA.
Σε τι συνίσταται;
Θα μπορούσε κανείς να περιγράψει την όλη διαδικασία σαν μοριακή κοπτοραπτική η οποία μάλιστα δεν εφευρέθηκε από τους επιστήμονες, αλλά υπάρχει στη φύση. Χάρη σε αυτή τα βακτήρια απαλλάσσονται από τους ιούς που τα απειλούν. Κεντρικό ρόλο στο genome editing παίζει το ένζυμο Cas9 το οποίο είναι μια νουκλεάση, μπορεί δηλαδή να κόβει το DNA (το οποίο χημικά είναι νουκλεϊνικό οξύ). Για τον λόγο αυτόν το Cas9 συχνά αναφέρεται ως το μοριακό ψαλίδι του κυττάρου.
Οπως όμως συμβαίνει και στη μοδιστρική, η ύπαρξη ψαλιδιού δεν αρκεί. Απαιτείται επίσης η ύπαρξη του χεριού που θα το καθοδηγήσει στο σωστό σημείο. Ετσι, προσδεδεμένη στο ένζυμο Cas9 βρίσκεται μια μικρή αλληλουχία RNA η οποία εντοπίζει το σημείο όπου πρέπει να ασκηθεί η δράση του. Στην περίπτωση των βακτηρίων, η αλληλουχία του RNA αναγνωρίζει το DNΑ των ιών και φέρνοντας το μοριακό ψαλίδι κοντά του πυροδοτεί την καταστροφή του εχθρικού αυτού DNA. Τα μικρά μόρια RNA παράγονται με μήτρα μια συγκεκριμένη περιοχή του βακτηριακού γονιδιώματος που ονομάστηκε CRISPR (Clustered, Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, σε ελεύθερη μετάφραση ομαδοποιημένες, κανονικά κατανεμημένες, κοντές παλίνδρομες επαναλήψεις). Μετά την ανακάλυψή του, το σύστημα CRISPR-Cas9 αποτέλεσε τον ακρογωνιαίο λίθο του genome editing.
Πώς ακριβώς λειτουργεί;
Εδώ και δεκαετίες οι ερευνητές μπορούν να δημιουργούν μικρά μόρια RNA με πολύ μεγάλη εξειδίκευση. Μετά την ανακάλυψη του CRISPR-Cas9 λοιπόν δεν άργησαν να προχωρήσουν ένα βήμα παρακάτω. Ετσι, αν γνωρίζουν την αλληλουχία του DNA στην οποία θέλουν να επέμβουν, σχεδιάζουν αλληλουχίες οι οποίες θα καθοδηγήσουν το Cas9 στο συγκεκριμένο σημείο. Εκεί δηλαδή που είναι επιθυμητό να σπάσει το DNA. Και χάρη στους ενδογενείς μηχανισμούς με τους οποίους το κύτταρο επιδιορθώνει τις τομές που γίνονται στο γενετικό υλικό του, αν οι επιστήμονες προσθέσουν ένα καινούργιο γονίδιο στο σύστημα CRISPR-Cas9, το γονίδιο αυτό θα αντικαταστήσει εκείνο που προϋπήρχε. Γυρνώντας στην αντιστοίχιση του gene editing με τη διόρθωση κειμένου, θα μπορούσε κανείς να παρομοιάσει τη δράση του CRISPR-Cas9 με την εντολή αναζήτησης και αντικατάστασης (find and replace) που κάνουμε όταν ανακαλύψουμε ένα ορθογραφικό λάθος στο κείμενο που γράφουμε στον υπολογιστή και θέλουμε να το διορθώσουμε.
Δεν υπήρχαν ως σήμερα τρόποι για τέτοιου είδους παρεμβάσεις;
Υπήρχαν μεν, αλλά κανένας που να παρέχει τα πλεονεκτήματα του genome editing το οποίο είναι ταχύτατο, ακριβές και φτηνό. Είναι χαρακτηριστικό ότι, σύμφωνα με δηλώσεις πολλών από τους ερευνητές που αξιοποιούν το genome editing για τις μελέτες τους, χάρη σε αυτό μπορεί κανείς να έχει σε τρεις εβδομάδες αποτελέσματα για τα οποία στο παρελθόν θα χρειαζόταν να περιμένει ως και τρία χρόνια! Επίσης, σύμφωνα πάντα με τους ειδικούς, είναι τόση η ευκολία εφαρμογής του που θα μπορούσε να γίνει και από μαθητές λυκείου! Τα παραπάνω πλεονεκτήματα εξηγούν και την ταχύτητα με την οποία έχει υιοθετηθεί και την ένταση με την οποία μελετάται, όπως προκύπτει από τον αριθμό των σχετικών ερευνητικών εργασιών που δημοσιεύονται στις επιστημονικές επιθεωρήσεις.
Πού ακριβώς αξιοποιείται το genome editing;
Ως τώρα, το genome editing έχει αξιοποιηθεί για ερευνητικούς σκοπούς. Παρεμβαίνοντας στην αλληλουχία συγκεκριμένων γονιδίων οι ερευνητές εξάγουν συμπεράσματα σχετικά με τη δράση τους στον οργανισμό. Εχει μάλιστα εφαρμοστεί σε ένα πλήθος διαφορετικών οργανισμών, από μύκητες και μύγες ως κουνέλια, χοίρους, ποντίκια, αρουραίους και μακάκους. Αξίζει δε να σημειωθεί ότι παράλληλα με τις εφαρμογές του για τη μελέτη του ρόλου συγκεκριμένων γονιδίων, μια σειρά άλλων μελετών στοχεύουν στην αύξηση της αξιοπιστίας του ίδιου του genome editing. Σήμερα λοιπόν οι ερευνητές θεωρούν ότι διαθέτουν ένα εργαλείο που τους επιτρέπει να απομακρύνουν ή να εισάγουν ένα ή περισσότερα γονίδια σε όποιο σημείο του οποιοδήποτε γονιδιώματος επιθυμούν. Και αυτό τους κάνει να αισιοδοξούν ότι στο μέλλον θα μπορέσουν με τη βοήθειά του να διορθώσουν γονίδια που ευθύνονται για κληρονομικές ασθένειες.
ΕΝΤΥΠΗ ΕΚΔΟΣΗ
