Το Άγιο Δισκοπότηρο της Γενετικής Μηχανικής

Δημοσιεύτηκε στο Project Syndicate.

Από την εισαγωγή της εδώ και τέσσερις δεκαετίες, η γενετική μηχανική αποτελεί πηγή ελπίδας για την υγεία, τη γεωργία και τη βιομηχανία. Αλλά ταυτόχρονα προκαλεί βαθιά ανησυχία, κυρίως λόγω της πολύπλοκης φύσης της διαδικασίας τροποποίησης  του γονιδιώματος. Πλέον, μια νέα τεχνική, η CRISPR-Cas, προσφέρει  συγχρόνως την ακρίβεια αλλά και τη δυνατότητα τροποποίησης του γονιδιώματος σε διάφορα σημεία του ταυτόχρονα. Αυτό, ωστόσο, δε σημαίνει ότι έχει εξαλειφθεί κάθε λόγος ανησυχίας.

Το γονιδίωμα μπορεί να παρομοιασθεί με ένα είδος παρτιτούρας. Ακριβώς όπως η παρτιτούρα δείχνει στους μουσικούς μιας ορχήστρας πότε και πώς να παίξουν, έτσι και το γονιδίωμα δείχνει στα δομικά μέρη του κυττάρου (γενικώς στις πρωτεΐνες) τι πρέπει να κάνουν. Μια παρτιτούρα μπορεί επίσης να περιέχει σημειώσεις του συνθέτη, που να δείχνουν πιθανές αλλαγές, επιπλέον προσθήκες ή αφαιρέσεις ανάλογα με την περίσταση. Στο γονιδίωμα, τέτοιες “σημειώσεις” προκύπτουν από την επιβίωση του κυττάρου δια μέσου πολλών γενεών σε ένα διαρκώς μεταβαλλόμενο περιβάλλον.

Ο γενετικός κώδικας του DNA είναι σαν ένα χαλαρά δεμένο βιβλίο: η σειρά των σελίδων του μπορεί να αλλάξει, (όπως κάποια πληροφορία μπορεί να μετατοπιστεί στον κώδικα ενός άλλου κυττάρου). Αν υποθέσουμε ότι μία σελίδα είναι πλαστικοποιημένη, είναι λιγότερο πιθανό να φθαρεί κατά τη μεταφορά της. Παρομοίως, στοιχεία του γενετικού κώδικα που προστατεύονται από ένα συμπαγές περίβλημα είναι πιο ικανά να εισβάλουν σε διάφορα κύτταρα και έπειτα να αναπαραχθούν μαζί τους.

Τελικά, το στοιχείο αυτό γίνεται επί της ουσίας ένας ταχέως διαδιδόμενος ιός. Το επόμενο βήμα για το κύτταρο που αναπαράγει έναν περιττό ή επικίνδυνο ιό είναι η ανάπτυξη ενός μηχανισμού αντίστασης σε αυτόν. Στην πραγματικότητα, έτσι προέκυψε η τεχνική  CRISPR-Cas, με την εκμετάλλευση του μηχανισμού άμυνας των βακτηρίων απέναντι σε επιτιθέμενους ιούς

Αυτή η διαδικασία επιτρέπει την κληρονόμηση επίκτητων χαρακτηριστικών. Κατά τη διάρκεια της πρώτης λοίμωξης, ένα μικρό κομμάτι του γονιδιώματος του ιού – κάτι σαν την υπογραφή του ιού – αντιγράφεται στο γονιδιακό “νησί” CRISPR (ένα επιπλέον μέρος του γονιδιώματος έξω από το γονεϊκό γονιδίωμα). Ως αποτέλεσμα, η ανάμνηση της λοίμωξης διατηρείται από γενιά σε γενιά. Όταν ένας απόγονος του κυττάρου μολυνθεί με έναν ιό, η ακολουθία αυτή θα συγκρίνεται με το γονιδίωμα του ιού. Εάν ένας παρόμοιος ιός έχει μολύνει το κύτταρο-γονέα, ο απόγονος θα τον αναγνωρίζει και ένας ειδικός μηχανισμός άμυνας θα τον καταστρέφει.

Αυτή η περίπλοκη διαδικασία χρειάστηκε πολλές δεκαετίες για να αποκρυπτογραφηθεί από τους επιστήμονες, κυρίως επειδή ερχόταν σε σύγκρουση με τις κυρίαρχες θεωρίες εξέλιξης. Όμως τώρα οι επιστήμονες κατάφεραν να να αντιγράψουν αυτή τη διαδικασία, παρέχοντας στους ανθρώπους τη δυνατότητα να τροποποιήσουν με τη μέγιστη ακρίβεια συγκεκριμένα γονιδιώματα – το Άγιο Δισκοπότηρο της γενετικής μηχανικής για περίπου 50 χρόνια.

Αυτό σημαίνει ότι οι επιστήμονες μπορούν να εφαρμόσουν τον μηχανισμό CRISPR-Cas για τη διόρθωση ενός προβλήματος στο γονιδίωμα – κάτι αντίστοιχο με τη διόρθωση τυπογραφικών λαθών σε ένα γραπτό κείμενο. Για παράδειγμα, στην περίπτωση του καρκίνου, θα θέλαμε να καταστρέψουμε αυτά τα γονίδια που επιτρέπουν τον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων. Επιπλέον, μας ενδιαφέρει να εισάγουμε γονίδια σε κύτταρα στα οποία δεν εισήχθησαν με την φυσιολογική  γενετική μεταφορά.

Δεν υπάρχει καμία καινοτομία σε αυτούς τους στόχους. Αλλά με το CRISPR-Cas είμαστε καλύτερα εξοπλισμένοι ούτως ώστε να τους πετύχουμε. Οι προηγούμενες τεχνικές άφηναν ίχνη στα τροποποιημένα γονιδιώματα, προκαλώντας για παράδειγμα ανθεκτικότητα σε αντιβιωτικά. Αντίθετα, μια μετάλλαξη που αποκτήθηκε μέσω του CRISPR-Cas, δεν ξεχωρίζει από μια αυθόρμητη μετάλλαξη. Γι' αυτό ο Αμερικάνικος Οργανισμός Τροφίμων και Φαρμάκων (USFDA) έχει αποφανθεί ότι τέτοια παρασκευάσματα δεν χρειάζεται να χαρακτηρίζονται ως γενετικά τροποποιημένοι οργανισμοί.

Οι προηγούμενες μέθοδοι ήταν εξαιρετικά κουραστικές όταν κάποιος έπρεπε να επεξεργαστεί έναν αριθμό γονιδίων, επειδή η διαδικασία θα έπρεπε να γίνει σειριακά. Με το CRISPR-Cas, η δυνατότητα να πραγματοποιήσουμε γονιδιακές τροποποιήσεις ταυτόχρονα έχει ήδη διευκολύνει τη δημιουργία μανιταριών και μήλων που δεν οξειδώνονται ή δε μαυρίζουν όταν έρθουν σε επαφή με τον αέρα – κάτι που απαιτεί την ταυτόχρονη απενεργοποίηση διάφορων γονιδίων. Τέτοια μήλα είναι ήδη στην αγορά και δεν θεωρούνται γενετικά τροποποιημένοι οργανισμοί.

Άλλες εφαρμογές είναι σε εξέλιξη. Η διαδικασία που ονομάζεται γενετική οδήγηση (σ. Μεταφραστή: είναι μια διαδικασία με την οποία οδηγείται ένα από τα δυο αλληλόμορφα γονίδια να έχει  πάνω από τη φυσιολογική πιθανότητα 50% να κληρονομηθεί  στην επόμενη γενιά) για τον χειρισμό του γονιδιώματος θα μπορούσε να μειώσει τις βλάβες που προκαλούνται από έντομα που μεταφέρουν ασθένειες. Η στοχευμένη τροποποίηση γαμετών των  κουνουπιών – των πιο θανατηφόρων ζώων για τον άνθρωπο – θα μπορούσε να τα  καταστήσει ανίκανα να μεταδώσουν ιούς ή παράσιτα.

Παρόλα αυτά, η εφαρμογή του CRISPR-Cas πρέπει να προσεγγιστεί πολύ προσεκτικά. Ενώ η τεχνολογία μπορεί να αποδειχθεί ευλογία στον αγώνα κατά αρκετών θανατηφόρων ασθενειών, μπορεί επίσης να εμπεριέχει σοβαρούς και δυνητικά απρόβλεπτους κινδύνους. Αρχικά, επειδή το γονιδίωμα πολλαπλασιάζεται και μεταδίδεται με την αναπαραγωγή, για την τροποποίηση ενός ολόκληρου πληθυσμού επαρκούν τροποποιήσεις σε ένα περιορισμένο ποσοστό του, ειδικά αν ο βιολογικός κύκλος ζωής του συγκεκριμένου είδους είναι μικρός.

Επιπλέον, δεδομένης της πανταχού παρουσίας της υβριδίωσης μεταξύ παρόμοιων ειδών, είναι πιθανό η γενετική τροποποίηση ενός είδους κουνουπιού να μεταδοθεί σταδιακά και ανεξέλεγκτα σε άλλα είδη. Η ανάλυση γονιδιωμάτων ζώων δείχνει ότι τέτοια γεγονότα έχουν συμβεί στο παρελθόν, με διάφορα είδη να προσβάλλονται από γενετικά στοιχεία που θα μπορούσαν να έχουν επηρεάσει την ισορροπία του οικοσυστήματος και την εξέλιξή των ίδιων των ειδών (ωστόσο είναι αδύνατο να πούμε με ποιον τρόπο). Και αν η τροποποίηση σε έναν πληθυσμό κουνουπιών είναι τόσο επικίνδυνη, δεν είναι δύσκολο να φανταστούμε τι θα μπορούσε να συμβεί αν τροποποιήσουμε ανθρώπινα κύτταρα -συγκεκριμένα γεννητικά κύτταρα- χωρίς τη δέουσα επιμέλεια.

Η τεχνολογία CRISPR-Cas είναι έτοιμη να αλλάξει τον κόσμο. Αυτό που είναι επιτακτικό τώρα είναι να εξασφαλίσουμε ότι η εφαρμογή της θα χρησιμοποιηθεί για να τον αλλάξει προς το καλύτερο.