Ovogodišnja Nobelova nagrada za kemiju otišla je dvjema znanstvenicama. To je prvi put da je Nobel iz kemije otišao dvjema znanstvenicama jer je nagrada uglavnom odlazila u muške ruke. Dosad su žene dva puta dobile pojedinačne nagrade – Marie Curie još 1911., a Dorothy Crowfoot 1964. godine. Još su tri puta znanstvenice u timovima s kolegama dobile Nobela iz kemije.
Francuska znanstvenica Emmanuelle Charpentier i američka Jennifer Doudna nagradu su dobile za rad na razvoju tehnologije CRISPR/CaS9, alata za “uređivanje” gena koji je izuzetno napredan, čak i ispred svojeg vremena, no dijelom i zbog toga kontroverzan. A pogotovo je tako nakon vijesti o stvaranju “dizajnerskih” beba u Kini i etičkih pitanja do koje se razine smije ići u uporabi te tehnologije. A razvoj te tehnologije pratio je i višegodišnji spor oko patenta u kojem je svoje pravo na njega dokazivala grupa znanstvenika oko Broad Institutea, zajedničke ustanove znamenitih američkih sveučilišta MIT i Harvard, odnosno grupe znanstvenika među kojima je i Emmanuelle Charpentier. Za više detalja o Nobelom nagrađenoj tehnologiji zamolili smo doc. dr. sc. Olivera Vugreka, voditelja Laboratorija za naprednu genomiku iz Instituta Ruđer Bošković koji u svojem radu također koristi tehnologiju CRISPR, ali za istraživanje rijetkih bolesti.
– Emmanuelle Charpentier i Jennifer A. Doudna dobitnice su ovogodišnje Nobelove nagrade za kemiju, i to za istraživanje metoda genetske modifikacije odnosno razvoj genskih škara CRISPR/Cas9. Metoda je revolucionirala molekularne znanosti o životu, donijela nove mogućnosti za uzgoj biljaka, pridonijela je inovativnim terapijama raka i mogla bi ostvariti san o izlječenju nasljednih bolesti. Charpentier i Doudna koristili su jedan od najoštrijih alata u genetskom inženjerstvu: genske škare CRISPR/Cas9. To omogućava istraživačima da s najvećom preciznošću promijene genetski materijal (DNK) životinja, biljaka i mikroorganizama. Djelovanje genskih škara temelji se na prirodnom obrambenom mehanizmu bakterija od virusa, koji se danas može koristiti kao višenamjenski alat u genetskom inženjerstvu. (eng. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)/Cas adaptive immune system) – kaže dr. Vugrek.
Spor za Feng Zhangom
Iako su Charpentier i Doudna prve objavile metodu genskih škara 2012. godine, bioinženjer Feng Zhang, koji radi na MIT-u (Massachusetts Institute of Technology), natjecao se za slavu svojim otkrićima koji su objavljeni nekoliko mjeseci nakon onih Charpentier i Doudne, početkom 2013. godine. Naime, Zhang je uspio ne samo koristiti metodu CRISPR u bakterijama, već ju je i optimizirao za sve stanice, uključujući stanice biljaka, životinja i ljudi.
– Iako se sama metoda CRISPR ne može patentirati, jer se radi o prirodnom procesu u bakterijama, moguće je patentirati određene alate koji su potrebni za primjenu metode osim u bakterijama i u stanicama drugih organizama. Istraživači su prvo morali razviti takve alate koje to omogućavaju, što znači da nisu prirodni i stoga se mogu patentirati. Ovisno o primjeni i proizvodu, potrebna su i druga pomagala. Ako su stvoreni prvi put, istraživači ih teoretski mogu također zaštititi, a s patentom i priliku za zaradu milijuna dolara.
Sve to dovelo je do niz sudskih sporova, u kojemu sudjeluju Charpentier i Doudna protiv Zhenga, upućuje nas znanstvenik iz Instituta Ruđer Bošković. Jer, obje istraživačke skupine predale su patentne prijave neposredno prije objavljivanja. Charpentier i Doudna 25. svibnja 2012., a Zhang 12. prosinca iste godine.
– Dogodila se iznenađujuća stvar: istraživaču s MIT-a ugovor o komercijalizaciji tehnologije dodijeljen je u travnju 2014. godine, iako je prijavu za patent predao nakon dvije istraživačice. Prema američkom zakonu, nije presudno tko je prvi predao “papire”, već tko je donio presudno otkriće. Budući da je Zhang Crispr učinio pogodnim za sve stanice, dobio je patent, piše u obrazloženju američkog ureda za patente USPTO. Do listopada 2020. sporovi još nisu razriješeni i upitno je hoće li dodjela Nobelove nagrade utjecati na tijek sudskih sporova između patentnih institucija u SAD-u i Europi – kaže dr. Vugrek. Dakle, ovogodišnja dodjela Nobelove nagrade za kemiju doista je jedinstvena s više različitih gledišta. Osim što dvije znanstvenice nisu još i službeno potvrdile patent za alat za koji su dobile Nobela, ovo je prvi put da je Nobel otišao dvjema znanstvenicama, a one su tek šesta i sedma žena koje su dobile Nobelovu nagradu za kemiju, Frances Arnold bila je posljednja znanstvenica s Nobelom za kemiju 2018. godine.
– Metoda je vrlo učinkovita. Pomoću nje se genetski materijal svih organizama može uređivati poput teksta. Pojedinačni odlomci, riječi i znakovi DNK mogu se mijenjati prema potrebi, a molekule CRISPR služe kao alat za uređivanje. Uz njihovu pomoć, istraživači mogu čak ukloniti ili razmijeniti gene, ili upisati druga pojedinačna slova i tako promijeniti srž genetske poruke – kaže dr. Vugrek. Primjene su gotovo neograničene.
Kada se radi o molekularnoj biologiji, u laboratoriju se CRISPR/Cas može koristiti za brže otkrivanje funkcije proteina nego što je to bio slučaj s konvencionalnim metodama. DNK mnogih organizama već je sekvenciran, ali poznat je samo dio onoga što kodira. Mutiranjem definiranih dijelova DNK, istraživači mogu inaktivirati gene i tako izvući zaključke o funkciji proteina u stanici. Zatim je tu uzgoj biljaka, optimizacija usjeva, koji su osnovna hrana ljudi i životinja, a time i ekonomski važan proizvod. Istraživanja u genetičkom inženjerstvu provode se već desetljećima. Upravo takve ogromne populacije visokokultiviranih biljaka mogu se lakše oštetiti u slučaju zaraze nametnicima ili nepovoljnih uvjeta za rast. Genetski inženjering pokušava razviti biljke koje su primjerice otporne na zaraze patogenih gljiva, ili bolje rastu u lošim vremenskim ili klimatskim uvjetima. Veličina ploda ili hranjivi sadržaj biljke također se mogu poboljšati. Već postoje određene vrste rajčica koji se mogu duže skladišti, riža sa smanjenim sadržajem arsena ili žitarice sa smanjenim postotkom glutena, kao i žitarice otporne na sušu ili krastavci otporni na biljne viruse. Pitanje je želimo li takve rajčice koji su najvjerojatnije i dalje prilično bezukusne, objašnjava nam naš znanstvenik nastavljajući s uzgojem životinja.
– Na životinjama se CRISPR/Cas koristi u razvoju terapija ili za istraživanje funkcije gena na životinjskim modelima. Ali se također sve više koristi za promjenu svojstava domaćih životinja. Ciljevi su veća produktivnost, poboljšani proizvod ili otpornost na patogene. Na primjer, jedna australska biotehnološka tvrtka razvila je metodu temeljenu na CRISPR/Casu pomoću koje se u jajetu može prepoznati spol pilećeg embrija. Metoda bi mogla postati alternativa uobičajenoj praksi određivanja spola tek izleženih pilića i nemilih praksi ubijanja mužjaka – jer su beskorisna za industriju jaja. Zatim je tu suzbijanje parazita, odnosno još jedna aplikacija CRISPR/Cas koja se trenutačno istražuje je borba protiv komaraca s ciljem genske modifikacije cijele populacije. Ako bi bilo moguće desetkovati prirodne populacije komaraca (Anopheles), nositelja patogena malarije, i zatim njihovu sposobnost prenošenja patogena dalje, to bi moglo dovesti do mnogo niže stope prenošenja malarije, opisuje molekularni biolog iz Instituta Ruđer Bošković.
Kontroverzna primjena
No, naravno, najkontroverznija je primjena te tehnologije na ljudima. Veliki skandal s ‘dizajnerskim’ bebama, odnosno onima kojima su uklonjene genetske bolesti čime se hvalio kineski znanstvenik He Jiankui koji je svijetu predstavio Lulu i Nanu, blizanke rođene u studenom 2018. godine koje su genetski modificirane ovom tehnologijom još dok su bile embriji. Za njih se vjeruje da su prve genetski modificirane bebe, odnosno jedino su one predstavljene javno. No, Jiankuija je Kineska akademija znanosti vrlo brzo denuncirala a potom je i zatvoren na tri godine. Cijeli je slučaj otvorio novu raspravu o etičnosti takvih postupaka pa se očekuje da će znanstvena zajednica postaviti standarde i okvir unutar kojih je dopušteno tu očito moćnu tehnologiju koristiti na ljudima. No, to će biti vrlo zahtjevan i težak proces. Primjerice, neku ulogu igra i religija, u Islamu, recimo, takvo što je dopustivo jer promiče ljudski život, no opet, korištenje tehnologije podrazumijeva i opasnost gubitka embrija, a u toj religiji vjeruje se kako već i embrij ima dušu pa je uništenje embrija protivno Kuranu. Prema jednom istraživanju provedenom u Americi, tek je trećina praktičnih kršćanskih vjernika za primjenu ove metode, katoličanstvo je do neke mjere podijeljeno jer iako se dijete smatra Božjim darom, ipak je papa Ivan Pavao II. rekao kako je mijenjanje gena u svrhu eliminacije bolesti prihvatljivo. No, svakako ne “dizajnerske” bebe, odnosno postupak koji bi doveo do stvaranja neke vrste superčovjeka.
– CRISPR/Cas9 je obećavajući alat za gensku terapiju, koji omogućuje editiranje neispravnog DNK izravno u stanici, umjesto da se u stanicu ubacuju ispravne kopije gena. U osnovi postoje dva načina provođenja genske terapije: U ex vivo pristupu, pacijentu se uzimaju krvne stanice koje se genetski modificiraju te vraćaju u organizam. U pristupu in vivo, sustav CRISPR/Cas uvodi se u tkivo ili krvotok pacijenta gdje potom postupno provodi željenu modifikaciju u tijelu. U lipnju 2019. godine u SAD-u je odobreno prvo svjetsko kliničko ispitivanje in vivo s CRISPR/Cas na osobama koje pate od nasljednih bolesti oka. Trenutačno se ispituju terapijski pristupi ex vivo za određene vrste leukemije, kao i za talasemiju. Sve te genske terapije usmjerene su na somatske stanice, a ne na stanice zametne linije, tj. genetske promjene nisu nasljedne. Genetske promjene u zametnoj liniji prenose se na potomstvo i stoga su strogo zabranjene u mnogim zemljama. Naime, uporaba na ljudima nije dopuštena – unatoč tome, već sada postoji vrlo upitna primjena metode CRISPR/Cas9. Naime, kineski istraživač izvijestio je 2018. godine da su se rodili blizanci u kojima je namjerno isključio gen u embrionalnoj fazi. Uslijedilo je kazneno gonjenje istraživača i globalna rasprava o etici metode CRISPR – rekao je dr. Vugrek.
