Alates geenitehnoloogia loomisest neli aastakümmet tagasi on tervishoius, põllumajanduses ja tööstuses saanud suurt lootust. Kuid see tekitas ka sügavat muret, seda ka genoomi redigeerimise protsessi vaevarikkuse tõttu. Nüüd pakub uus tehnika CRISPR-Cas nii täpsust kui ka võimalust muuta genoomi teksti mitmes kohas korraga. Kuid see ei kõrvaldanud muret.
Geenivaramu võib pidada omamoodi muusikaliseks partituuriks. Samamoodi nagu noodid ütlevad orkestri muusikutele, millal ja kuidas mängida, teatab genoom raku koostisosi (tavaliselt valke), mida nad peaksid tegema. Partituur võib sisaldada ka helilooja noote, mis osutavad võimalikele muudatustele, ületamistele, mida võib vastavalt vajadusele lisada või välistada. Geenivaramu jaoks tekivad sellised "noodid" rakkude elust põlvkonna kestel pidevalt muutuvas keskkonnas.
DNA geneetiline programm sarnaneb hapra raamatuga: selle lehtede järjekord võib muutuda ja mõned liiguvad isegi teiste rakkude programmi. Kui leht on näiteks lamineeritud, on see vähem kahjulik, kuna see libiseb. Samuti suudavad tugeva kattega kaitstud geneetilise programmi elemendid paremini tungida erinevatesse rakkudesse ja seejärel rakkude jagunemisel paljuneda.
Hiljem muutub see element kiiresti levivaks viiruseks. Järgmine samm on rakk, mis reprodutseerib viirust - kasutu või kahjulik -, et välja töötada viis selle vastu võitlemiseks. Ja tegelikult tekkis CRISPR-Cas protsess esmakordselt selleks, et kaitsta baktereid sissetungivate viiruste eest.
See protsess võimaldab omandatud omadustel omandada pärimisõiguse. Esimese nakatumise ajal kopeeritakse CRISPR-i genoomisaarele väike viiruse genoomi fragment - omamoodi signatuur - täiendav genoomi fragment väljaspool lähtegenoomi teksti). Selle tulemusel püsib nakkuse mälestus põlvkonniti. Kui raku järeltulija on nakatunud viirusega, võrreldakse seda järjestust viiruse genoomiga. Kui sarnane viirus nakatus raku vanemat, tuvastab järeltulija selle ja spetsiaalsete mehhanismide abil see hävitatakse.
Teadlaste jaoks võttis see keeruline dešifreerimisprotsess mitu aastakümmet, muu hulgas seetõttu, et see oli vastuolus evolutsiooniteooriatega. Kuid tänaseks on teadlased välja mõelnud, kuidas seda protsessi korrata, võimaldades inimestel ülima täpsusega redigeerida konkreetseid genoome - praktiliselt geenitehnoloogia püha graal ligi 50 aasta jooksul.
See tähendab, et teadlased saavad kasutada genoomis probleemide lahendamiseks CRISPR-Cas mehhanismi - see on samaväärne kirjutatud teksti trükivigadega. Näiteks vähi korral tahaksime hävitada need geenid, mis võimaldavad kasvajarakkudel paljuneda. Samuti oleme huvitatud geenide sisseviimisest rakkudesse, mis pole neid loomuliku geneetilise ülekande kaudu kunagi saanud.
Nendel eesmärkidel pole midagi uut. Kuid CRISPR-Casiga oleme nende saavutamiseks palju paremini varustatud. Varasemad meetodid on jälgi jätnud modifitseeritud genoomides, aidates näiteks kaasa antibiootikumiresistentsusele. CRISPR-Cas poolt toodetud mutatsioon ei erine seevastu spontaanselt tekkinud mutatsioonist. Seetõttu otsustas USA toidu- ja ravimiamet, et selliseid koostisosi ei tohiks märgistada geneetiliselt muundatud organismideks.
Reklaamvideo:
Kui mitut geeni tuli modifitseerida, olid eelnevad meetodid eriti keerulised, kuna protsess pidi toimuma järjestikku. Tänu CRISPR-Cas'ile on genoomi modifitseerimise võimalus samaaegselt võimaldanud luua seeni ja õunu, mis õhuga kokkupuutel ei oksüdeeru ega muutu pruuniks - tulemus, mis nõuab mitmete geenide samaaegset desaktiveerimist. Need õunad on juba turul ja neid ei peeta geneetiliselt muundatud organismideks.
Muud rakendused on väljatöötamisel. Nn geeni genereerimise protseduur genoomi manipuleerimiseks võib vähendada haigusi kandvate putukate tekitatud kahju. Sääskede sihiline modifitseerimine sääskedes - mis on inimestele kõige surmavam - muudaks nad viiruse või parasiidi edasikandumiseks võimatuks.
Kuid CRISPR-Cas'i kasutamisse tuleb suhtuda ettevaatlikult. Kuigi see tehnoloogia võib osutuda kasulikuks võitluses paljude surmavate haiguste vastu, kaasneb sellega ka tõsine ja potentsiaalselt täiesti ettearvamatu risk. Esiteks, kuna genoomid paljunevad ja levivad paljunemise teel, nõuab kogu populatsiooni muutmine ainult piiratud arvu isendite muutmist, eriti kui organismi elutsükkel on lühike.
Lisaks võib naaberliikide hübridisatsiooni üldlevinud ulatuse tõttu levida ühe sääseliigi modifikatsioon järk-järgult ja kontrollimatult ka teistele liikidele. Loomade genoomide analüüs näitab, et selliseid sündmusi on varem esinenud ja liike on hõivatud geneetiliste elementidega, mis võivad mõjutada ökosüsteemi tasakaalu ja liikide evolutsiooni (ehkki pole võimatu öelda, kuidas). Ja kui sääsepopulatsiooni muutmine on ohtlik, pole teada, mis võib juhtuda, kui muudame inimese rakke - eriti sugurakke - ilma hoolika analüüsita.
CRISPR-Cas tehnoloogia on valmis maailma muutma. Täna on peamine väljakutse tagada, et need muudatused toimiksid.
Antoine Danchin
