CRISPR je objasnio: najmoćnije škare na svijetu

Svijet genetike jednako je obećavajući i kontroverzan otkako je ušao u zeitgeist javnosti u 20. stoljeću. Osobito je genetski inženjering toliko zaglibio u zavodljivost i nelagodu da ga neki smatraju crnom magijom. Istaknuti pojedinci inače zdravog uma često proglašavaju namjernu promjenu DNK, posebno ljudske DNK, etičkim ersatzom. 

Ljudi su koristili genetski inženjering tisućljećima

Takve opće osude odražavaju svijet koji ne postoji tisućljećima. Najočitiji primjer je hrana, i to GMO sorte. Te masivne, živopisne, sočne jabuke Red Delicious koje lete s polica trgovina odstupaju od svojih predaka prije čovjeka.

Križanjem specifičnih sorti jabuka, ljudi su uspjeli propagirati gene koji su doveli do željenih fenotipova (fizičkih manifestacija). Što je još važnije, odabir verzija namirnica otpornih na sušu kao što su žitarice i riža spasio je mnoge velike civilizacije od kolapsa izazvanog gladovanjem. 

Domaće životinje daju još upečatljiviji kontrast. Vukovi su žestoki, teritorijalni predatori. Oni su do 180 funti čistog terora s kojim bi malo ljudi moglo biti najbolje u dvoboju. Nasuprot tome, pomeranci teški su osam funti i mokri su, a svaki čovjek koji izgubi bitku od jednog nije vrijedan prenošenja svog genetskog materijala.

To što je jedan od najsposobnijih svjetskih lovaca pretvoren u kuglu pahuljicu koja diše dokaz je ljubavi cijelog čovječanstva prema namjernom mijenjanju DNK. Zajedničke osobine koje društvo odabire među životinjama uključuju poslušnost, poslušnost, snagu i, naravno, ukus. 

Ipak, ideja o izmjeni ljudskog DNK doista ostavlja razjapljene čeljusti i gaćice u hrpama. Uzvišeni ideali ranog američkog pokreta eugenike pružili su sigurno utočište zagovaranju rasne nadmoći, koja se preobrazila i dosegnula zastrašujući vrhunac u Trećem Reichu. 

Usprkos tome, svrhovito uzgajanje poželjnih gena uobičajeno je u liberalnom društvu. Najočitiji primjer je abortus, koji je legalan u većini zapadnih društava. Nemoguće je tvrditi da ljudi ne preferiraju određene genome u svijetu u kojem se približno devedeset posto fetusa s Downovim sindromom pobaci.

U Sjedinjenim Američkim Državama sudovi su abortus na genetskoj osnovi proglasili ustavnim pravom: sankcionirani su liječnici koji skrivaju genetske poremećaje kod fetusa, bojeći se da će majka pobaciti.

Namjerno mijenjanje DNK pojedinca nije isto što i omogućavanje određenih gena tijekom mnogih generacija. Čak i nekoć radikalni procesi stvaranja GMO-a (genetski modificiranih organizama) samo vam omogućuju umetanje postojećih gena u druge vrste umjesto dizajniranja novih. Međutim, jasno je da ljudi preferiraju određene gene u odnosu na druge i da će poduzeti drastične mjere kako bi ti geni postali češći. Prvi samo nudi brži, precizniji način postizanja ciljeva drugog. 

Metoda vještog mijenjanja genetskog materijala dugo je izbjegavala čovječanstvo zbog intenzivne složenosti biokemijskih reakcija koje okružuju DNK, kao i beznačajnog raspona alata koji su učinkoviti na tako mikroskopskim razmjerima. Točnije, metoda rezanja DNK na točnim mjestima kako bi se mali segmenti mogli zamijeniti bila je nedostižna.

Proboj iz 2015. sve je to promijenio; ovo otkriće sada omogućuje ljudima da se riješe ove dugotrajne neadekvatnosti. Čeka nas svijet mogućnosti i postoji potencijal za preuređivanje naših tijela, naše okoline, pa čak i naših gospodarstava velikih razmjera. 

CRISPR: Najmoćnije škare u povijesti

(Napomena: ako možete imenovati sve glavne organele stanice i više od tri vrste RNA s vrha glave, vjerojatno će vam se sljedeće objašnjenje učiniti previše pojednostavljenim. Ako imate osnovno razumijevanje što su DNA i RNA, ovo će biti objašnjenje Zlatokose. Ako ne znate što je RNK, zamislite je kao starijeg brata DNK koji je ipak završio kao DNK potrčko.) 

Ovo otkriće nosi naziv CRISPR/CAS9, obično skraćeno na samo CRISPR. Ova inovativna metoda, koja se izgovara kao "Želio bih da moj tost bude hrskaviji", je skraćenica za Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Čini li se ovo kao puna usta? To je. Usisaj to. Kao i "teorije opće i posebne relativnosti", kao i "deoksiribonukleinska kiselina". Pionirska otkrića često imaju duga imena; nošenje hlača za velike dječake/velike djevojčice savjetuje se kada se radi o futurističkoj tehnologiji.

Iako je izmijenjena DNK umjetna, obje komponente CRISPR-a pojavljuju se prirodno. U svojoj srži, iskorištava prednosti imunološkog sustava koji podupire sve žive stanice. Razmislite o ovome: imunološki sustav je izuzetno složen, posebno ljudski, ali 99% vremena jedan virus ne može zaraziti istu osobu u dvije različite prilike.

To je zato što se niti virusne DNK pohranjuju i "zapamte" unutar stanica nakon prvog susreta. U dvadesetom stoljeću znanstvenici su otkrili da određeni oblici bakterija stavljaju ove fragmente DNK u sendvič između kratkih, ponavljajućih lanaca parova baza koji su također palindromski: CRISPR-ovi. Dijelovi virusa sada su trajno ugrađeni u genom bakterije. A ti si mislio da dobro držiš kiv. 

Zamislite bakteriofag (virus koji cilja na bakterije za razliku od višestaničnih organizama, poput ljudi) grubo uništava Barry Bacteria, ali ga ne ubija. Tjedan dana kasnije, Phage Phil se vraća za 2. rundu. Iako Barry vidi da ga Phil pljačka, ne može poslati bijela krvna zrnca da odu pretući Phila jer ih on nema. Bakterijski imunološki sustav koristi drugačiji pristup.

Ovdje Cas9, druga polovica CRISPR sustava, stupa na scenu. Cas9, što je skraćenica za protein 9 povezan s CRISPR-om, skenira strani DNK na koji naiđe i provjerava podudara li se nešto od toga s virusnom DNK koju je pohranio između CRISPR-ova. Ako je tako, Cas9 pokreće endonukleazu, poznatu i kao restrikcijski enzim, kako bi odrezao Philovu ruku, stopalo, ili možda čak i glavu. Bez obzira na segment, gubitak tako velikog dijela njihovog genetskog koda gotovo uvijek čini virus nesposobnim za izvršenje svojih predatorskih namjera.

Ljudski imunološki sustavi pobjeđuju u bitkama protiv virusa tako što u bitku šalju najbolje mikroskopske ratnike evolucije, opremljene nevjerojatno točnim opisima neprijateljevog izgleda i taktike. Bakterijski pristup više je sličan presretanju zapovjednikovih uputa njegovim pješacima. "Napad na vrata u zoru" postaje "Napad na [PRAZNO] kod [PRAZNO]" i upad ne uspijeva. 

Na kraju su znanstvenici otkrili da gotovo svaki živi organizam ima elemente i CRISPR-a i Cas9. Ovo se može činiti šokantnim, ali zapravo je prilično trivijalno, s obzirom na to da svako živo biće potječe od bakterija. U tim organizmima, CRISPR-ovi su slični starodobnoj knjižnici koju se grad nikada nije potrudio srušiti, a Cas9 je jedan od najmanje važnih restrikcijskih enzima.

Unatoč tome, oni su tu, rade, a najbolje od svega pokazalo se da su vrlo nediskriminirajući: znanstvenici su im mogli dati dijelove DNK koji nemaju nikakve veze s virusima, a CRISPR bi ih lojalno snimao, a Cas9 bi vjerno urezivao . Odjednom smo imali Božje škare u našim rukama, a one su radile na gotovo svakoj vrsti DNK koju smo pokušali: hrani, životinjama, bolestima i ljudski. 

Iako se metoda popularizira kao "CRISPR", kombinacija CRISPR-a i Cas9 je tako apsurdno moćna. Kao što je spomenuto, postoji niz ranije otkrivenih restrikcijskih enzima ili DNK škara. Međutim, CRISPR je prva metoda kojom su ljudi uspjeli kontrolirati gdje škare režu s visokim stupnjem preciznosti. 

U suštini, CRISPR-ovi su kratki segmenti DNK koji služe kao oznake ili kao dva znaka koji govore "Počnite rezati ovdje" i "Prestanite rezati ovdje". Cas9 je protein koji može očitati CRISPR-ove i otpustiti enzim za rezanje na oba mjesta označena oznakama.

Što CRISPR može učiniti?

Dušo, što ne mogu učiniti CRISPR? Dvije su glavne kategorije primjene tehnologije: loš genetski materijal pronađen u raku može se zamijeniti ispravljenim slijedom DNK kako bi se uklonile štetne mutacije i može se primijeniti za poboljšanje određenih aspekata fenotipa.

CRISPR je uzbudljiv jer je jedva prohodao, a već je preskočio iz laboratorija u kliniku. Autori studije iz 2015. objavljene u Priroda bili u mogućnosti izrezati 48% genetskog materijala HIV-a iz stanica zaraženih HIV-om pomoću CRISPR-a. Međutim, kada je riječ o raku, CRISPR je već napravio skok s Petrijeve zdjelice na ljude: u lipnju, NIH odobrio prvu studiju T-stanica projektiranih putem CRISPR-a.

Ispitivanje je usmjereno na sprječavanje ponovnog pojavljivanja raka. Kao što svatko s prijateljima ili obitelji koji su se borili s rakom (što je, nažalost, većina ljudi) zna, biti proglašen bez raka nije isto što i biti izliječen. Sljedećih pet do deset godina nema drugog izbora nego čekati i vidjeti jesu li neki sićušni džepovi raka izbjegli liječenje i čekaju li priliku da ponovno izrastu. CRISPR T-stanice imaju kancerogenu DNK umetnutu u svoj genom, što im daje ekvivalent hipervizijskim naočalama pomoću kojih traže cara svih bolesti.

HIV i rak dva su najstrašnija Golijata patološke medicine. Pa ipak, usporedba CRISPR-a s Davidom je nedovoljna metafora. David je bio barem punoljetan, dok je CRISPR tek prohodao, a ovaj mališan već puca na gol protiv ovih najupornijih neprijatelja čovječanstva.

Naravno, većina ljudi ne provede život neprestano lutajući između HIV-a i raka. Uobičajene bolesti s daleko manje složenosti, poput prehlade i gripe, lakše će doći u ruke T-stanica na hrskavim steroidima.

Izrezivanje loše DNK je dobro, ali pravi potencijal CRISPR-a leži u popravku neispravne DNK. Nakon što se DNK izreže na pravom mjestu i ukloni mutirani dio, postaje prilično jednostavno koristiti DNK polimeraze za spajanje ispravne DNK.

Najčešće genetske bolesti u Sjedinjenim Državama ima hemokromatoza (previše željeza u krvi), cistična fibroza, Huntingtonova bolest i Downov sindrom. Popravci na segmentima DNK koji uzrokuju bolesti mogli bi spriječiti ogromne količine ljudske patnje. Nadalje, ekonomske koristi bile bi veličanstvene: fiskalni konzervativci bi se radovali uštedi 83 milijuna dolara koje NIH godišnje troši samo na cističnu fibrozu; liberali bi imali priliku te svote ponovno uložiti u socijalnu skrb.

Za one koji pronađu Dostatistika pobačaja wn sindroma uznemirujuće, modifikacije CRISPR-a mogle bi biti prikladan kompromis, spašavajući život fetusa, a istovremeno čuvajući pravo majke da ne rodi dijete s teškim invaliditetom.

Svijet biotehnologije već je prikovan CRISPR-om. Sama GMO industrija hrane već vrijedi milijarde dolara godišnje s metodama koje su prilično grube u usporedbi s CRISPR-om. GMO tvrtke poput Monsanta poboljšale su mnoštvo namirnica umetanjem cijelih gena koji promiču otpornost, veličinu i ukus iz druge hrane.

Sada je potraga za genima završena i biotehnološke tvrtke mogu dizajnirati savršeni gen za umetanje. Vjerojatno će tijekom sljedećih nekoliko desetljeća Red Delicious morati prepustiti svoju nadmoć proizvodu nalik na Red Orgasm ili Red Spiritual Experience.

Poslovne i političke implikacije

CRISPR također ima i remetilačke i demokratizacijske implikacije. Uređivanje gena u 2010-ima bilo je poput računala u 1970-ima. Postoje, ali su nespretni i besmisleno skupi. Ipak, proizvod je toliko vrijedan da tvrtke koje su dovoljno velike da si ga priušte stječu golemu tržišnu prednost.

Zbog toga su tvrtke poput Monsanta uspjele steći gotovo monopol na području GMO-a. CRISPR će učiniti genetskom inženjeringu ono što su osobna računala učinila softveru 1980-ih; to jest, znatno poboljšati tehnologiju, a pritom je učiniti toliko jeftinom da je mala poduzeća i pojedinci mogu iskoristiti. Bilo da ste student biologije, biohaker amater ili poduzetnik početnik, CRISPR kit možete kupiti na internetu za nekoliko stotina dolara.

Stoga bi CRISPR biotehnološke divove poput Monsanta trebao učiniti vrlo nervoznima. Svi milijuni ljudi koji žele potkopati ili nadmašiti kompaniju dobili su bodež.

Neki se ljudi protive Monsantu jer se protive GMO-u. Takvim se glasovima u znanstvenoj zajednici ne pridaje puno povjerenja: GMO-i se smatraju sasvim sigurnima, gotovo svi ih jedu, a GMO-i otporni na sušu/povećavaju žetvu koji su poduprli "Zelenu revoluciju" u Africi i Indiji 1970-ih spasili su stotine milijuna ljudi od gladi.

Međutim, mnogi pro-GMO pojedinci suprotstavljaju se Monsantu zbog njegovih monopolističkih poslovnih praksi i pokušaja prisiljavanja siromašnih poljoprivrednika da koriste njegovo sjeme. Prije CRISPR-a malo su toga mogli učiniti osim ako nisu imali viška stotinu milijuna dolara za pokretanje pokretanja genetskog inženjeringa. Njihove profinjenije argumente obično je zaglušivala gomila "GMO-i će vam ispasti zubi i dati vašoj djeci autizam", što je Monsantu omogućilo da delegitimizira svoje protivljenje oslikavajući ga neznanstvenim.

Sada će relativna pristupačnost CRISPR-a omogućiti da GMO-i i polje genetskog inženjeringa budu ponovno zauzeti demokratski nastrojeni, mladi, srednja klasa, oni koji vjeruju da oštra konkurencija među tvrtkama proizvodi brži napredak i zdravije gospodarstvo nego to čine okoštali monopoli.

Etika i druga pitanja

Etička pitanja genetskog inženjeringa potencijalno su golema. Ne može se odbaciti mogućnost dizajniranja supervirusa koji ima sve detalje ljudskog imunološkog sustava prepisane u njihov genom. Ovo je uznemirujuća perspektiva; to bi preokrenulo normalnu paradigmu i bilo slično virus koji se cijepi protiv imunološkog sustava. “Dizajnerske bebe” mogle bi dovesti do ponovnog oživljavanja eugenike i ljudske utrke u naoružanju u kojoj su civilizacije zatvorene u neprestanoj borbi za stvaranje najinteligentnijih, nemilosrdnih građana.

Međutim, to su problemi s budućim mogućnostima genetskog inženjeringa, a ne s trenutnom realnošću CRISPR-a. Za sada se nijedno od glavnih etičkih pitanja ne može realizirati, uglavnom zbog našeg ograničenog razumijevanja vlastite biologije. CRISPR znači da kad bismo imali nacrt za stvaranje gore spomenutog supervirusa, vjerojatno bismo mogli. Međutim, naše znanje o imunološkom sustavu previše je ograničeno da bismo implementirali virus koji bi ga mogao zaobići.

Brige oko dizajnerskih beba također su prenapuhane. Prije svega, spajanje genetskog inženjeringa s eugenikom je opasno i pogrešno. Eugenika je smeće znanost. Eugenika se oslanja na krivotvorene pretpostavke da su osobine poput inteligencije i snage uglavnom nasljedne, za razliku od nijansiranog modernog konsenzusa da su 1) te osobine krajnje loše definirane i 2) proizlaze iz složene interakcije između Genom (ne samo nekoliko pojedinačnih gena).

Opsjednutost većine eugeničara promicanjem bijele rase pokazuje da pokret nije ništa drugo nego pokušaj da se starim rasističkim idejama da pseudoznanstveni izgled legitimiteta. Uostalom, sama bijela "rasa" je društveni konstrukt, za razliku od biološke stvarnosti.

Što je još važnije, eugeničari su se dosljedno zalagali za promicanje "čišćih" gena silom. U Americi 1920-ih to je značilo sterilizaciju svih, od mentalno bolesnih do seksualno promiskuitetnih, au Njemačkoj 1940-ih to je značilo pogubljenje milijuna nevinih. Unatoč tome što je Treći Reich pogubio većinu dijagnosticiranih shizofreničara, moderna Njemačka ne pokazuje odstupanje u istaknutosti shizofrenije od svojih susjeda.

Uz to, slikanje genetičkih inženjera kao eugeničara kalja dobro ime znanstvenika koji rade na poboljšanju mnogih svi ljudi, kao i pružanje eugeničarima savršene prilike za povratak povezujući se s najuzbudljivijim izumom u znanosti trenutno. Inženjeri CRISPR-a ne podržavaju lude rasne teorije i žele vam dati više sloboda, više izbor s kojim ćete živjeti svoj život.

Ne, CRISPR neće dovesti do toga da roditelji inžiniraju homoseksualnost svojih beba. "Gay gen" je izvrsno prikladna metafora za izražavanje ideje da homoseksualnost nije izbor. Međutim, kao stvarni prikaz stvarnosti nudi malo. Ljudska je seksualnost niz složenih, isprepletenih ponašanja koja imaju i genetske i ekološke temelje. Činjenica da homofobni roditelji ne abortiraju djecu za koju se kasnije ispostavi da su gay dokazuje da ne postoji "gay gen" dovoljno jednostavan da ga CRISPR može prebaciti u heteroseksualnost.

Slično tome, obrazloženje iza straha od "eksplozije inteligencije embrija" kroz CRISPR je pogrešno. Ljudska inteligencija je krunski dragulj Zemlje, a vrlo vjerojatno i cijelog Sunčevog sustava. Toliko je složen i inspirativan da veliki postotak ljudi vjeruje da je njegovo podrijetlo nadnaravno. DNK, biološki programski jezik, to kodira, ali na način koji je trenutno daleko izvan našeg razumijevanja. Svijet u kojem bismo razumjeli kako promijeniti svoju inteligenciju putem CRISPR-a bio bi svijet u kojem bismo znali kako predstaviti inteligenciju u programskom jeziku.

Podsjećajući da je DNK programski jezik daje nam korisnu metaforu za razumijevanje jaza između mogućnosti CRISPR-a i onih potrebnih za provedbu strahova ljudi o genetskom inženjeringu. Ljudsko tijelo je računalni program napisan u milijardama redaka koda parova baza DNK.

CRISPR nam daje mogućnost mijenjanja ovog koda. Međutim, učenje tipkanja ne čini vas stručnim programerom. Tipkanje je očito preduvjet da postanete iskusni programer, ali dok pojedinac bude čak i blizu vještine programiranja, on ili ona je davno iza otkrića učenja kako tipkati.