Nożyczki, które zniszczą raka

Czytaj więcej: Rak po polsku. To nie powinno tak wyglądać

Metoda CRISPR działa jak nożyczki – w wybranym miejscu przecina DNA komórek. – Dzięki temu możemy precyzyjnie usunąć fragment materiału genetycznego lub wprowadzić w nim zmiany i na przykład naprawić wadliwy gen – tłumaczy dr Krzysztof Chyliński, który pracował na Uniwersytecie Wiedeńskim w zespole prof. Charpentier. Uczony przyznaje, że tegorocznym werdyktem Komitetu Noblowskiego nie jest zaskoczony, bo już od kilku lat naukowcy spodziewali się Nobla za badania nad CRISPR. Metoda ta zrewolucjonizowała inżynierię genetyczną. – CRISPR jest narzędziem szybkim, łatwym i tanim, a także pierwszym, który umożliwia naukowcom efektywną zmianę kilku genów podczas jednego eksperymentu – dodaje dr Chyliński. Zanim odkryto CRISPR, naukowcy mieli do dyspozycji wiele metod edycji genomu, ale ich używanie było często tak czasochłonne, kłopotliwe i kosztowne, że z wielu eksperymentów musieli zrezygnować.

Wyleczona

Nowatorskiej metodzie leczenia nowotworów za pomocą CRISRP uczeni poddali na razie laboratoryjne myszy, ale nic nie stoi na przeszkodzie, aby niedługo zastosować ją także u chorych ludzi. U zwierząt terapia okazała się bezpieczna – u gryzoni nie wystąpiły żadne działania niepożądane. Wydaje się też niezwykle skuteczna – pocięte komórki raka przestały być aktywne, a leczone w ten sposób myszy dotknięte glejakiem żyły dwa razy dłużej niż inne chore gryzonie. Ludzie z tym niezwykle agresywnym rakiem mózgu żyją zazwyczaj 15 miesięcy od rozpoznania, a pięć lat od diagnozy przeżywa zaledwie 3 proc. pacjentów.

Równie spektakularne efekty metoda CRISPR przyniosła u myszy, które miały zaawansowanego raka jajnika. Ich życie udało się wydłużyć o 80 proc. U kobiet rak jajnika jest główną przyczyną śmierci z powodu nowotworu. Chorobę tę wykrywa się najczęściej wtedy, gdy przerzuty są już w całym organizmie. I mimo postępu leczenia, jaki dokonał się w ostatnich latach, szansa, że chora z zaawansowanym rakiem przeżyje pięć lat, wynosi 5 proc.

Zastosowanie metody CRISPR do leczenia agresywnych nowotworów to dopiero przyszłość.

Ale już dzięki tej technologii udało się pomóc pacjentce z nieuleczalną chorobą. Jest nią Victoria Gray, 34-latka z Missisipi, która choruje na anemię sierpowatą. – W tej chorobie powstają wadliwe krwinki czerwone, które nie są elastyczne jak zdrowe, lecz stają się sztywne i z tego powodu nie mogą przecisnąć się przez drobne naczynia krwionośne. Dochodzi wówczas do zablokowania naczynia i problemów zdrowotnych – tłumaczy

dr Chyliński. Victoria Gray musiała mieć nieustannie przetaczaną krew, średnio siedem razy w roku była hospitalizowana, cały czas wszystko ją bolało. Miała bardzo niski poziom hemoglobiny i była zupełnie bez energii. Lekarze pobrali jej komórki macierzyste, naprawili za pomocą CRISPR i wstrzyknęli do organizmu. Komórki te tworzą szpik kostny, który produkuje zdrowe czerwone krwinki. – Nie udało się jednak tak zadziałać, aby naprawić wszystkie czerwone krwinki. Pozostaje znaczna część komórek, które nadal mają wadliwy gen. To jednak wystarczyło, aby pacjentka czuła się zdecydowanie lepiej – wyjaśnia dr Chyliński.

Po roku kobieta ma krew praktycznie zdrową. Nie musi mieć transfuzji ani nie czuje bólu. – Ale cały czas jest pod obserwacją lekarzy, bo nie wiadomo, czy za dwa lata coś się złego nie zadzieje w jej organizmie. Nie wiemy też, na ile zmiany te będą trwałe. Nie mamy również gwarancji, czy przy kolejnych podziałach nie powstaną znowu komórki zdeformowane, że nie dojdzie w nich do mutacji – mówi prof. Marta Olejniczak, biolog molekularna z Instytutu Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu.

To działa!

Pierwszy artykuł opisujący działanie metody CRISPR w komórkach bakterii ukazał się w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Nature” w czerwcu 2012 r. Jednym z jego współautorów jest dr Chyliński. – Przeczytałam artykuł, gdy tylko się ukazał, ale przyznaję – odebrałam go sceptycznie. Wydawało mi się, że jest to zbyt proste, aby mogło działać. Jak system rozpoznający tylko 20 nukleotydów może tak precyzyjnie w wybranym miejscu ciąć DNA? – wspomina prof. Olejniczak.

Czytaj też: Jest nowy sposób ochrony przed rakiem

Krótko po publikacji zadzwonił do niej dr Chyliński, który w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu pisał pracę magisterską i którego bezpośrednim opiekunem była wtedy dr Marta Olejniczak. – Krzysztof przekonywał mnie, abym zainteresowała się CRISPR. „To będzie coś! To naprawdę działa”, zapewniał – opowiada prof. Olejniczak. Napisała wniosek o grant, który dotyczył zastosowania CRISPR do badań nad chorobą Huntingtona.

Rozwój technologii CRISPR następował bardzo szybko i wkrótce wszystkie elementy systemu można było tanio kupić. Pojawiły się też pierwsze modyfikacje, np. wariant, który nie tnie obu nitek DNA, a tylko jedną z nich. – Przy pomocy tego narzędzia udało nam się wyciąć fragmenty DNA w komórce z mutacją w genie choroby Huntingtona – mówi prof. Olejniczak. Badaczka przyznaje, że metoda ta zrewolucjonizowała pracę naukowców, którzy prowadzą badania w laboratorium na komórkach. – Każde laboratorium za niewielkie pieniądze może kupić system do edycji genomu oparty na CRISPR i wykonać dowolne manipulacje w komórkach – mówi prof. Olejniczak.

Zrób to sam

Metoda CRISPR jest tak prosta i tania, że korzystają z niej nie tylko naukowcy, ale także badacze amatorzy. Wystarczy, że zamówią w internecie specjalny zestaw do modyfikacji genowej domowego użytku. Podstawowy zestaw, za ponad 100 dolarów, składa się z odczynników, butelek, talerzyków, pipetek, cząsteczek DNA do modyfikacji genów oraz bakterii. Pozwala tak zmienić bakterię, że stanie się ona niewrażliwa na jeden z antybiotyków. Inny zestaw umożliwia przeniesienie genu z meduzy do drożdży, dzięki czemu drożdże pod wpływem promieniowania UV będą świecić na niebiesko.

Te proste eksperymenty mają jednak służyć wyłącznie zabawie i pokazać, na czym polegają genetyczne modyfikacje. Nie są one przeznaczone do zmiany genów w genomie człowieka. Mimo to dwaj genetycy amatorzy wstrzyknęli sobie przygotowaną w domu miksturę, aby w ten sposób uodpornić się na wirus opryszczki i pobudzić wzrost tkanki mięśniowej. Doświadczenie się nie powiodło – masy mięśniowej nie przybyło, ale szczęśliwie eksperymentatorom nic się nie stało. Naukowcy ostrzegają jednak przed próbami modyfikowania swoich genów, bo pobudzone komórki mogą zamienić się w nowotworowe.

Prof. Jennifer Doudna pytana o zagrożenia związane z zastosowaniem CRISPR przyznała, że to jest takie samo narzędzie jak nóż – każdy może je mieć i tylko pytanie, w jakim celu użyje. A CRISPR już został wykorzystany w jednym z najbardziej kontrowersyjnych eksperymentów biomedycznych ostatniej dekady. Chiński naukowiec He Jiankui z Południowochińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii w Shenzhen dokonał edycji genomu ludzkich zarodków, co doprowadziło do narodzin dwójki dzieci ze zmienionymi genami. O przyjściu na świat dziewczynek, które nazwano w mediach Nana i Lulu, uczony poinformował pod koniec listopada 2018 r. W genomie bliźniaczek, jeszcze na etapie ich życia zarodkowego, badacz usunął fragment genu CCR5, który pozwala wirusowi HIV na wtargnięcie do ludzkich komórek. Miało to uodpornić dziewczynki na zarażenie HIV i tym samym ochronić je przed AIDS. Genetycy nazwali eksperyment nieprzyzwoitym, którego nie da się obronić ani moralnie, ani etycznie. A WHO zapowiedziała przygotowanie wytycznych dotyczących edycji genów.

Naprawić mózg

Technologia CRISPR budzi nie tylko kontrowersje etyczne. Za jej pomocą wprowadzane są trwałe zmiany w genomie, co ma dobre i złe strony. – Jeśli prawidłowo ją zastosujemy, komórka będzie naprawiona na zawsze, ale jeśli przez przypadek w kilku miejscach dojdzie do niepożądanej zmiany, to tego nie da się już cofnąć. Zastąpimy jedną chorobę inną, np. nowotworem – mówi prof. Olejniczak. Dlatego na początku metodę CRISPR będzie się wykorzystywać do leczenia chorych, u których zawiodły wszelkie inne terapie. – Dopóki nie będziemy mieli całkowitej kontroli nad tym systemem, to będziemy go stosować tylko w szczególnych sytuacjach – dodaje prof. Olejniczak.

Ostrożność wynika stąd, że naukowcy wciąż zbyt mało wiedzą o działaniu poszczególnych genów i o zależnościach pomiędzy nimi. Przez lata wydawało się, że duża część DNA to są śmieci, do niczego niepotrzebne fragmenty. Okazało się, że fragmenty te pełnią ważną rolę, bo regulują funkcjonowanie DNA. Wiele pytań dotyczy też samej metody CRISPR. – Nie wiemy, dlaczego nożyczki molekularne, jakim jest CRISPR, nie zawsze idealnie przecinają DNA. Dlaczego niektóre rejony DNA są niedostępne dla CRISPR, a w innych udaje się uzyskać stuprocentową skuteczność cięcia. Bywa też, że przecięcie nici DNA w jednym miejscu prowadzi do zmian w kilku innych rejonach genomu. Gdy prowadzimy badania na komórkach, takie modyfikacje nam nie przeszkadzają, ale gdy chcemy zastosować CRISPR w leczeniu ludzi, to musimy mieć 100-proc. pewność, a nie prawdopodobieństwo, że jedna zmiana w genomie nie pociągnie za sobą kolejnych i to nieprzewidywalnych – mówi prof. Olejniczak.

Badaczka z Poznania wykorzystuje metodę CRISPR do badań nad chorobami neurodegeneracyjnymi. Interesuje ją choroba Huntingtona, która jest wywołana mutacją w jednym genie i polega na nadmiernym powielaniu trzech nukleotydów CAG – osoby zdrowe mają 15 ciągów CAG, a chore – 40 i więcej. – Chcemy opracować terapie polegające na skróceniu tych ciągów do takiej długości, jaką mają ludzie zdrowi. Molekularne nożyczki przecinałyby DNA w regionie tego ciągu, ale potem musimy zmusić komórkę, aby ona sama naprawiła to uszkodzenie, czyli skróciła te ciągi powtórzeń – mówi prof. Olejniczak. Nie można bowiem wyciąć nadbudowanego fragmentu DNA. Gdy zostanie on wycięty, zablokowany zostanie gen i w ogóle nie będzie on produkował huntingtyny, a jest to białko niezbędne do funkcjonowania mózgu. Huntingtyna m.in. uczestniczy w transporcie różnych cząsteczek i umożliwia powstawanie połączeń między komórkami nerwowymi.

Dzięki CRISPR badania nad wadliwymi komórkami nabrały tempa. – Z komórek zdrowych tworzymy zmienione chorobowe. Wydłużamy te powtarzające się ciągi, a potem skracamy je, wykorzystując różne warianty systemu CRISPR – mówi prof. Olejniczak. Gdy już uczeni znajdą najlepszy sposób naprawy komórek, zadaniem innej grupy naukowców będzie opracowanie metody, która umożliwi dostarczenie systemu CRISPR do wybranego regionu mózgu. – Badania nad terapiami dla choroby Huntingtona są intensywne. Myślę, że w ciągu 5-10 lat nowe metody zaczną być testowane w leczeniu ludzi. Chyba że terapia spowoduje jakieś niekorzystne działania niepożądane. To mogłoby zatrzymać badania z użyciem CRISPR na wiele lat – uważa prof. Olejniczak. Ale na razie naukowcy są dobrej myśli.

Czytaj też: Chciał się dowiedzieć, kim jest. Zajrzał w swoje chromosomy

Zgłoś naruszenie/Błąd