Lista zaawansowanych, molekularnych narzędzi, które „pożyczyliśmy” od mikroorganizmów oraz wirusów jest bardzo długa. Rozwiązania te w ciągu ostatnich dekad odmieniły krajobraz medycyny i badań naukowych. Dziś światła reflektorów kieruję na technikę CRISPR/Cas, która wprowadziła ludzkość w erę rewolucyjnych terapii genetycznych.
Przywykliśmy do tego, że o bakteriach i wirusach myślimy zasadniczo źle. Jasne, pewnie większość z nas pamięta o bakteriach probiotycznych, zwanych potocznie „dobrymi”, i o tym, że trzeba je konsumować równolegle z antybiotykiem, co uchroni nas przed przedłużonymi posiadówkami w toalecie, ale reszta mikroorganizmów to przecież… podłe dranie. Cóż, z punktu widzenia bakterii sytuacja wygląda zapewne inaczej. Nie dość, że masowo uśmiercamy je bronią chemiczną (antybiotyki), szczujemy przeciwko nim siły zbrojne naszych organizmów (szczepienia), wykorzystujemy do pracy niewolniczej (produkcja insuliny), to jeszcze nagminnie kradniemy im ich zdobycze technologiczne, nie bacząc zupełnie na prawa patentowe. Tak, tak, lista zaawansowanych, molekularnych narzędzi, które „pożyczyliśmy” sobie od mikroorganizmów oraz wirusów jest bardzo długa. A narzędzia te, w ciągu ostatnich czterdziestu lat, całkowicie odmieniły krajobraz medycyny i badań naukowych. W tym miejscu, nie będziemy jednak omawiać ich wszystkich, a skupimy się na jednym, szczególnym, takim które pod koniec zeszłego roku wprowadziło nas w erę terapii genetycznych, które wyglądają jak cudowne dzieci Stanisława Lema i Ridleya Scotta.
Białkowe nożyczki do samoobrony
Mowa o technice CRISPR/Cas (ang. Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats, pol. zgrupowane, regularnie rozproszone, krótkie, powtarzające się sekwencje palindromiczne), którą można w uproszczeniu określić mianem genetycznych nożyczek z precyzyjnym systemem naprowadzania. Brzmi jak coś wymyślonego przez genialnych naukowców z super tajnego laboratorium? W rzeczywistości system ten opracowały bakterie. Kto by przypuszczał, że te małe dranie mogą być aż tak zmyślne?! Dla bakterii nie było to wyzwanie czysto intelektualne, a walka o życie! Otóż system CRISPR/Cas jest swoistym układem immunologicznym bakcyli, który ma za zadanie chronić je przed wirusami. Każda waleczna bakteria, której uda się przeżyć atak wirusów, przechowuje w swojej bazie danych (DNA) ich podobizny (sekwencje CRISPR). Przekaże te dane swojemu potomstwu, co sprawi, że wkrótce pojawi się na świecie baaardzo dużo świetnie uzbrojonych i gotowych do walki z agresorem bakterii. Kopie tych podobizn, oprawione w ramki z system samonaprowadzania i uzbrojone w białkowe nożyczki (białko Cas), patrolują wnętrze komórki bakterii i jeśli natrafią na wirusa, który wygląda jak one, od razu tną go na kawałki.
Odkrycie na miarę Nagrody Nobla
I chociaż podobizny wirusów w genomach bakterii zostały odkryte już w 1987 r., a ich funkcję rozpracowano w roku 2005, to najlepsza część tej historii miała swój początek dopiero w roku 2012. Wtedy miało miejsce przełomowe odkrycie, którego dokonały Jennifer Doudna i Emmanuelle Charpentier. Ich prace były tak znaczącego kalibru, że w 2020 r. otrzymały nagrodę Nobla. Panie odkryły, iż można zamienić zakodowany obrazek wirusa bakteryjnego na zakodowany obrazek kawałka dowolnego, innego organizmu. Co to jednak oznacza w praktyce? Otóż w sercu (zwanym jądrem) każdej komórki roślinnej, grzybiczej lub zwierzęcej,znajduje się zakodowana instrukcja budowy i funkcjonowania danego organizmu. Weźmy na przykład takiego człowieka. W każdej komórce naszego ciała, od koniuszka dużego palca u stopy, aż po czubek głowy, znajduje się książka kucharska ze szczegółowymi przepisami na zrobienie człowieka (tzw. genom, spisany w czteroliterowym języku zwanym kodem genetycznym). W książce tej mamy instrukcje (geny), z czego każdy kawałek danego Homo sapiens ma się składać, jaki ma mieć kolor, rozmiar, co i w jakiej ilości ma produkować i generalnie, co powinien robić, aby utrzymać tę wielgachną kupę mięsa przy życiu, przynajmniej, dopóki się ona nie rozmnoży. Oczywiście, pojedyncze komórki naszego ciała nie korzystają z całej książki kucharskiej na raz, a tylko z interesujących je fragmentów. Komórki wątroby, na przykład, mają w nosie przepis na produkcję insuliny, bo to robota dla komórek trzustki. Czasami zdarza się jednak, że trafiają się egzemplarze książki z błędami. Niekiedy są to jedynie literówki, bywa, że trafi się strona z oberwanym rogiem, ale może być też tak, że brakuje… całego rozdziału. I tak jak każdy, kto przeżył chwile grozy po wysłaniu smsa, w którym złośliwy demon autokorekty poinformował odbiorcę, że chcemy zrobić coś zgoła innego niż się „wyspać”, tak i komórka naszego ciała poczuje się zdezorientowana, gdy przeczyta w przepisie, że ma dodać „ból”, a nie „sól”. Niewiele to zmieni w życiu pojedynczej komórki, ale gdy cały narząd działa na podstawie przepisu z błędami, katastrofa gotowa.
Więcej o odkryciu, opisanym w felietonie, można przeczytać w książce „Kod życia”.
Technika w służbie ludzkości
Wróćmy teraz, do genialnych Jennifer i Emmanuelle, które wymyśliły, że jeżeli weźmiemy od bakterii samonaprowadzające ramki i zamiast obrazków z podobiznami wirusów, wsadzimy w nie strony z naszymi błędnymi przepisami, a potem, wraz z bakteryjnymi nożyczkami, załadujemy to wszystko do naszych komórek, to nożyczki potną właśnie te wadliwe przepisy. Można by pomyśleć, że teraz będziemy mieć więcej problemów, bo jeszcze bardziej zniszczyliśmy książkę, ale w tym szaleństwie jest metoda. Czasami samo zniszczenie błędnego przepisu wystarczy, gdyż w innej części książki znajduje się przepis analogiczny, który zastąpi ten wadliwy. Nie jest to jednak koniec cudów. Najpiękniejsze w tej metodzie jest bowiem to, że jeżeli dostarczymy również kartkę z prawidłowym przepisem, to nasza komórka, jak najczulszy introligator, wstawi ją w miejsce zniszczonej strony, która wcześniej zawierała błąd. I tak oto, dostajemy naprawionego człowieka!
No dobrze, ale majstrowanie przy genetycznych przepisach, to nie jest kwestia ostatnich kilkunastu lat. Robiliśmy takie rzeczy wcześniej. Czemu więc akurat technika CRISPR/Cas to takie „wielkie halo”? Otóż nigdy wcześniej nie robiliśmy tego tak precyzyjnie. Niestety nożyczki, którymi dysponowaliśmy dotychczas, oprócz stron z wadliwymi przepisami potrafiły niechcący wyciąć kilka innych, w miejscach które nie do końca były dla nas przewidywalne. Tak więc, gdy zamiast nożyczek odpowiednich dla artysty fachu fryzjerskiego z nadmiernie wybujałą wyobraźnią, odkryliśmy nożyczki chirurgiczne, wybraliśmy jednak te drugie. Tak jest szybciej, taniej i bezpieczniej. Dzięki temu możemy obecnie nie tylko tworzyć zboża odporne na szkodniki, ale również projektować terapie. Takie, które naprawią to, co do niedawna było nienaprawialne. To szansa, by wielu ludziom dać nowe życie w prawidłowo działających ciałach.
Pierwsza terapia już jest
Gdybym więc miała wybrać jedno zdarzenie, dzięki któremu rok 2023 zasłużył na chwalebne przejście do historii, wybrałabym fakt zatwierdzenia pierwszej terapii opartej na technice CRISPR/Cas. W listopadzie 2023 r. Brytyjska Agencja Regulacji Leków i Opieki Zdrowotnej zaakceptowała bowiem innowacyjną terapię do leczenia anemii sierpowatej i talasemii, czyli chorób genetycznych, w których upośledzona jest produkcja hemoglobiny. Miejmy nadzieję, że ten mały krok dla białka Cas9, będzie pierwszym z wielu wielkich kroków dla ludzkości.
Z życzeniami samych dobrych przepisów, które również znajdziecie Państwo na tej stronie,
Anna Golke
O autorce:
Dr Anna Golke, mikrobiolog, wirusolog, wykładowca akademicki. Adiunkt w Katedrze Nauk Przedklinicznych, Instytutu Medycyny Weterynaryjnej SGGW w Warszawie. Zawodowo, eksploratorka poplątanych ścieżek wrodzonej odpowiedzi immunologicznej na zakażenia bakteryjne i wirusowe. „Miłośniczka” chorób odzwierzęcych. Prywatnie, dumna kocia mama, zakochana od lat w fantastyce i malarstwie.