Objev odměněný letošní Nobelovou cenou za chemii

Genetické nůžky

Objev odměněný letošní Nobelovou cenou za chemii
Genetické nůžky

Obsah dostupný jen pro předplatitele.
Přihlásit se můžete zde.

Pokud nemáte předplatné, nebo vám vypršelo, objednat si ho můžete zde.

Obsah dostupný jen pro předplatitele.
Předplatné můžete objednat zde.

Pokud nemáte předplatné, nebo vám vypršelo, objednat si ho můžete zde.

Objev, za který dostaly dvě vědkyně letošní Nobelovu cenu, mění svět. Bude to vždycky změna k dobrému? Zkušenost říká, že ne, ale kladné efekty snad převáží. Boj zvaný infekce začal na této planetě dávno předtím, než první pračlověk dostal rýmičku a kašel a musel se z nich vypotit pod šakalími kůžemi. Vzájemné napadání je běžné i mezi organismy, které nejsou pouhým okem vidět. Bakterie, které už jsou na světě miliardy let, si za tu dobu stihly nasbírat početnou množinu nepřátel – virů, které se na jejich napadání specializují. Říká se jim bakteriofágy.

Kdyby se bakterie útokům virů nebránily, dávno by vymřely; očividně to tedy nějak umějí. My lidé se bráníme imunitním systémem, který je tvořen hlavně specializovanými druhy krevních buněk. Bakterie jsou však jednobuněčné, žádnou krev nemají. Musejí tedy svoji obranu provozovat na zcela jiném biologickém základě.

CRISPR, za který nyní byla udělena Nobelova cena, je původně právě takovým imunitním systémem bakterií. Bakterie si udržují obří knihovnu kousků virové DNA, se kterými se jejich předkové postupně setkali. Jde o historii vzorků, které slouží jako policejní databáze. Přichomýtne-li se k takové bakterii virus, jehož vzorek se v jejím archivu nachází, vypustí proti němu ohrožená bakterie kombinaci uloženého vzorku se „stříhacím enzymem“ zvaným Cas9. Vzorek navede enzym na cíl, tedy virovou částici, jejíž DNA enzym „rozstřihne“. Viry jsou sice obecně odolné, ale rozstřižení své DNA nepřežijí, čímž se bakteriální buňka úspěšně ubránila.

Tolik drama, které se odehrává každý den bilionkrát, aniž o něm víme. Vědec, který jej jako první u bakterií popsal a pojmenoval – Francisco Mojica ze španělské univerzity Alicante –, patrně v tu chvíli sám netušil, jak transformativní technologii objevil. Rozšíření aplikace CRISPRu na lidské bytosti byla práce jiných vědců – a dvěma z nich vynesla Nobelovu cenu.

Vypni mi ten gen

Sekvencování genomu – jinými slovy: přesná mapa všech těch miliard písmenek, která tvoří DNA nějakého druhu – bylo dlouho neskutečně drahým podnikem, navíc náročným na čas a vybavení. Mezinárodní projekt, který měl zmapovat celý lidský genom, se táhl od roku 1990 do roku 2003, podílelo se na něm dvacet univerzit a náklady se přiblížily třem miliardám dolarů.

Od těch dob došlo k dramatickému poklesu cen, daleko většímu, než na jaké jsme zvyklí z počítačového světa. Náklady na sekvencování genomu poklesly od začátku století o šest řádů – milionkrát. Kompletní obraz DNA daného jedince lze vyrobit během pár desítek hodin a za pár tisíc korun českých. Suma na poměry zdravotnictví malá, srovnatelná s jedním skenem CT, ale získáte za ni velmi dobrý náhled do toho, k jakým nemocem má člověk sklon a vůči čemu bude naopak odolný.

Mutace v genetické informaci jsou příčinou řady nemocí, o jejichž dědičnosti se dávno ví. Patří mezi ně Huntingtonova choroba, degenerativní postižení mozku nebo cystická fibróza, s níž se v České republice narodí několik desítek dětí. Medicínská věda však díky levnému sekvencování genomu zmapovala i dříve neznámá či jen podezřívaná genetická zatížení.

Jde například o sklon některých lidí onemocnět rakovinou prsu, který je způsoben mutacemi v genech BRCA1 a BRCA2. Týká se to i mužů, a to ne v zanedbatelné míře – muži s poškozeným genem BRCA2 mají téměř osmiprocentní pravděpodobnost, že u nich během života rakovina prsní žlázy propukne, ačkoli u běžné mužské populace je to jen jedno promile. U žen s těmito genetickými škodami roste celoživotní riziko rakoviny prsu ještě do daleko drastičtějších výšin, až přes sedmdesát procent. Propuknutí takové rakoviny se dá zabránit preventivním odebráním obou prsů, mastektomií. Tento zásah podstoupila například herečka Angelina Jolie, která podědila vadný gen BRCA1 po své matce. To je ale drastický postup. Nedal by se vadný gen spíš „opravit“?

Po objevení CRISPRu bylo patrné, že minimálně jednu naději skýtá. Tímto mechanismem by teoreticky bylo možno vyřazovat vadné geny z provozu. Enzym Cas9, který se o stříhání DNA stará, funguje i v buňkách lidí, zvířat či rostlin. Samoopravné mechanismy rozstřiženou DNA zase slepí, ale místo, ve kterém byla slepena, často přestává být funkční. Pokud v tom místě byl vadný gen, bez kterého se dá žít, je to zlepšení vůči původnímu stavu: vnitřní nepřítel byl umlčen.

Tolik teorie, jednoduše a krásně znějící. V praxi je nutno řešit zejména otázky ceny a bezpečnosti. Rozhodně nechcete, aby se genetické nůžky pustily do práce s příliš velkou vervou a rozstříhaly DNA cílové buňky na kousíčky. Ideálně by měly zasáhnout precizně jen jedno jediné místo a neprovádět žádné jiné (tzv. „off-target“) změny. A zároveň byste celý proces měli být schopni udělat levně. Buněk jsou v těle miliardy, takže stříhání DNA se musí také zopakovat miliardkrát. Někdy stačí zasáhnout jen určitý orgán, třeba játra, jindy se ale musí opravit buňky v celém těle.

Otázka, jak to udělat bezpečně a levně, měla nepochybně hodnotu Nobelovy ceny.

Krásné nové organismy

Jak to ve vědě bývá, na zkoumání CRISPRu pracovalo víc týmů. První článek, kompletně popisující jednotlivé komponenty celého systému, zveřejnily letošní laureátky – Američanka Jennifer Doudnaová a Francouzka Emmanuelle Charpentierová – roku 2012. Dočkal se zhruba šesti tisíc citací.

Tou samou dobou byla ovšem v mašinerii schvalovacího řízení studie na to samé téma od litevského vědce Virginia Šikšnyse. Šikšnys poslal článek o CRISPR-Cas9 do časopisu Cell Reports v dubnu 2012, tam jej odmítli rovnou. Další oslovený časopis, slavný PNAS, jej sice přijal, ale proces kontroly (peer review) se protáhl na několik měsíců. Mezitím vyšel článek obou vědkyň, který tak získal prvenství.

Takové závody se ve vědě stávají a někdy se stane, že je musí řešit i právo. Stalo se tak i v případě CRISPRu, protože rozhodující metodu pro jeho uplatnění v lidských buňkách objevil americký profesor Feng Zhang. Nechal si ji v USA patentovat, v Evropě však patentové úřady daly přednost právě Charpentierové a Doudnaové. Šikšnys dostal roku 2018 za své přínosy k porozumění CRISPRu norskou Kavliho cenu – po boku obou profesorek. Nobelova cena mu však unikla.

Mezitím se CRISPR rozběhl do světa a začal jej měnit. Experimenty na lidech nejsou levné ani rychlé, nabízely se však i jiné cíle, například zemědělské plodiny. Farmáři svádějí o svoji úrodu neustálý boj s dlouhými zástupy škůdců, pro které jsou plantáže a pole plné jediné plodiny něčím jako vysněnou hostinou. K jejich ničení je potřeba chemických jedů, pesticidů, které je navíc potřeba rychle obměňovat, protože škůdci se přizpůsobují. Některým plodinám, například sladké banánové odrůdě Cavendish, hrozí ze strany jejich přírodních nepřátel úplné vyhlazení.

Ve Spojených státech, které mají ke genetickým modifikacím organismů relativně příznivý vztah, už se s CRISPRem editovanými rostlinami a houbami můžete setkat v obchodě; Evropa se jim zatím brání. Mezitím přišli jiní vědci na to, že nůžky nemusejí být jen nůžkami. Použití jiných enzymů než Cas9 dokáže DNA i jemně opravovat a přepisovat, dokonce i na úrovni jedné jediné báze. Z nůžek se tak stal spíš opravný lak kombinovaný s tužkou.

První pokus s editací lidských embryí na sebe nenechal dlouho čekat. Roku 2018 ohlásil čínský vědec Che Tien-kchuej, že dvojčata, která se narodila v rámci projektu boje proti nemoci AIDS, byla technikou CRISPR upravena tak, že by měla být odolná vůči infekci HIV. Šlo o změnu genu CCR5, kódujícího protein, kterého virus HIV používá pro vstup do tělních buněk.

Poté, co ohlášení vyvolalo skandál, byl Che promptně obžalován a odsouzen ke třem letům vězení, a to i přesto, že existují indicie, že jeho práci podporovala čínská vláda. Samotný výsledek jeho práce také není dokonalý; zdá se, že CRISPR zasáhl v embryích jen některé buňky, takže výsledkem byla takzvaná genetická mozaika. Dvojčata, kterým jsou teď dva roky, nejsou vůči HIV ve skutečnosti zcela odolná a možná mají kvůli změněnému genu CCR5 zaděláno na nějaké problémy do budoucna.

Ale džina genetických modifikací lidského organismu už určitě nebude možné zavřít zpátky do lahve. Příliš mnoho lidí si nese ve svých tělech nezasloužené dárky v podobě defektních genů zděděných po předcích. A na druhé straně – díky levnému sekvencování genomu dnes víme, že existují i výhodné mutace, například jedna objevená v severní Itálii, která chrání své nositele proti ateroskleróze. Pokusy firmy Pfizer napodobit její fungování podáváním změněných proteinů selhaly, ale co kdybychom mohli pacienta prostě přeprogramovat? S pomocí technik založených na CRISPRu by to dost možná šlo.

Do ožehavého tématu regulace genetických technologií se zákonodárcům ve vyspělém světě moc nechce. Vědí, že v éře konspiračních teorií bude reakce internetového davu předvídatelně zuřivá. Ale stejně nakonec nebudou mít na vybranou. Letenky jsou dnes levné a chudší země jako Kostarika nebo Indie vědí, že na medicínské turistice ze Západu mohou dobře vydělat.

 

 

7. listopadu 2020