1. oldal

2005 nyarán Karen Aiach és férje nagyon rossz híreket kapottnégy hónapos lányukkal, Ornellával kapcsolatban: kiderült, hogy a kislány a rendkívül ritka Sanfilippo-szindrómában szenved. Az ilyen betegek három éves korukra elveszítik kognitív képességeik nagy részét, komoly alvászavaroktól szenvednek, hiperaktívvá és agresszívvé válnak. Az érintettek rendszerint nem érik meg tízes éveiket.

Mindezen súlyos következmények egyetlen aprócska hiba következményei. Ornella genomjában nem volt működőképes azon gén, amely a sejtek melléktermékeinek eltakarításában részt vevő egyik fehérjét kódolja. E protein hiányában a szervezet nem képes lebontani a heparán-szulfát nevű komplex cukrot. A tünetek oka pedig az, hogy a molekula felhalmozódik az agyi sejtekben. Ha a sejtek mégis képessé válnának a fehérje előállítására, az állapot − elviekben legalábbis − visszafordítható lenne. Amikor Ornella édesanyja ezt megtudta, elszánt kutatásba kezdett annak feltárása érdekében, hogyan lehetne átírni lánya genetikai állományát.

A szervezet majdnem minden sejtje az emberi genom két másolatát hordozza: az egyik az apától, a másik az anyától származik. Mindegyik genomban nagyjából 20 ezer gén van, amelyek specifikus feladatokat ellátó proteineket kódolnak kémiai „betűk” sora formájában. Napjainkig nagyjából 6000 olyan betegséget azonosítottak a szakértők, amely ezen gének egyikének hibájához köthető. A kódolt fehérje ezek esetén nem képes működni, mivel a genetikai kódban összekeveredtek a betűk, vagy éppen kimaradt közülük egy. Az egyetlen gén hibája okozta betegségek némelyike jól ismert: ilyen a Tay–Sachs-szindróma, a sarlósejtes anémia és a hemofília is. Másokról, mint például a 70 ezerből egy újszülöttet érintő Sanfilippo-szindrómáról általában csak akkor hallunk, ha a közvetlen környezetünkben érintett benne valaki.

Amikor a hetvenes években a genetikusok először próbálkoztak a gének átírásával, a betegek hozzátartozói és az őket kezelők mind abban reménykedtek, hogy közel az idő, amikor a gondot okozó géneket egyszerűen átszerkesztik, elejét véve a problémáknak. Az első, már génterápiának nevezhető klinikai tesztekre az 1990-es években került sor. Ezek során vírusokat használtak azon gének bejuttatására, amelyekből nem volt működő példánya a páciensnek. Ez utóbbiak azonban még csak nagyon felületes próbálkozások voltak. Semmi garancia nem volt arra, hogy az új gének oda épülnek be a genomba, ahová kell, amivel azt is kockáztatták, hogy más gének működését is megzavarják. Az első kísérletek során így többször előfordult, hogy a kezelés mellékhatásaként rákos megbetegedés alakult ki. Egy esetben pedig egy beteg abba az immunreakcióba halt bele, amely a gént hordozó vírus következtében alakult ki.

Az utóbbi néhány év során azonban egy minden eddiginél hatásosabb génszerkesztő készletet sikerült összeállítaniuk a kutatóknak: a CRISPR/Cas9-rendszert. Pár évvel ezelőtt a biológusok felfedezték, hogy bizonyos baktériumok genomjában szokatlan részek, úgynevezett csoportos, szabályosan megszakított rövid palindrom ismétlések (clustered, regularly interspaced short palindromic repeats, röviden CRISPR) sorakoznak. Ezeket a baktérium arra használja, hogy rövid RNS-eket szintetizáljon róluk, amely molekulák aztán velük komplementer DNS-szakaszokhoz kötődnek. Ezeket CRISPR RNS-sel megjelölt szakaszokat ismeri fel a Cas9 nevű enzim, amely az adott helyen átvágja a DNS-szálat.

Az egész rendszer értelme, hogy a baktérium a CRISPR RNS-eket használja arra, hogy felismerje azon vírusokat, amelyekkel korábban már találkozott. A Cas9 a baktérium genomjában tárolt vírusgenom-minták iránymutatásával felvagdossa a betolakodó vírus DNS-t, hatásosan óvva meg az egysejtűt a fertőzésektől. Napjaink génmérnökei bármilyen RNS-szakasz előállítására képesek, így a DNS bármelyik szakaszát célba tudják venni. A CRISPR/Cas9-rendszer tehát lényegileg úgy működik, hogy egy komplementer RNS-szakasszal megcéloznak egy gént, amit a Cas9 eltávolít a genomból. Mivel a sejtbe bejuttatott génszerkesztő komplex hordozza a gén jól működő változatának komplementer szakaszát is, a sejt saját DNS javító mechanizmusai ezt fogják mintaként használni, amikor kijavítják az enzim által okozott károkat. A módszerrel tehát könnyedén lecserélhetők az eredeti, nem működő gének új, funkcionális változatokra.

Mivel a technológiát meglepően könnyű használni, annak kidolgozása óriási hírnek számított. A korábbi génterápiás próbálkozások elsődlegesen az érett testi sejtekre koncentrálták erőfeszítéseiket, a CRISPR/Cas9-cel viszont lehetőség nyílt az ivarsejtek, vagy a megtermékenyített petesejt genomjának kijavítására is. Ilyen módon a génszerkesztéssel eszközölt változtatások örökíthetővé tehetők, és számos öröklődő betegséget felszámolhatnak.

Az ivarsejtekkel és a zigótákkal való kísérletezés azonban sokak szerint olyan határvonalat jelent, amelyet nem lenne szabad átlépni. A kutatók egy része szerint moratóriumot kellene kimondani az ilyen jellegű kutatásokra, míg mások úgy vélik, hogy alapkutatás formájában lehetne ilyesmivel foglalkozni, a módszer emberi kipróbálása előtt azonban mindenképpen társadalmi vitára kellene bocsátani a kérdést. Az Egyesült Államokban például a tudományos akadémia decemberi ülésén terveznek foglalkozni a terület legsürgetőbb problémáival.

2. oldal

A CRISPR/Cas9-technológia kritikusai számára a legnagyobb problémát éppen az jelenti, hogy a módszer olyan egyszerű, hogy gyakorlatilag bárki képes lehet általa génszerkeszteni. Amikor Jennifer Doudna, a Kaliforniai Egyetem kutatója és Emmanuelle Charpentier, aki jelenleg a németországi Helmholtz Fertőzéskutató Központ munkatársa 2012-ben kidolgozták a metódust, már két másik módszer is létezett, amellyel precíz változásokat lehetett eszközölni a genomban. Azonban mindkét technika rendkívül bonyolult és időigényes volt. Matthew Porteius, a Stanford génszerkesztéssel foglalkozó szakértője szerint az új eljárás annyira leegyszerűsíti a dolgokat, hogy amihez három évvel ezelőtt még egy jól felszerelt molekuláris biológiai laborra volt szükség, azt manapság egy középiskolai diák is meg tudja oldani a rendelkezésére álló források segítségével.

Amikor 2015 elején a Thomson Reuters közzétette az előző év legtöbbet idézett biológiai tanulmányainak rangsorát, az első tíz publikáció közt három olyan írás kapott helyet, amely a CRISPR/Cas9-cel foglalkozik. A módszert több tucatnyi különböző fajon tesztelték a zebradánióktól kezdve az élesztőgombákon, ecetmuslicákon, nyulakon, malacokon, patkányokon és egereken keresztül a makákókig. Segítségével egyebek mellett izomsorvadásos és súlyosan májbeteg egereket gyógyítottak meg.

A CRISPR/Cas9 nagy előnye, hogy egyszerre több gén cseréjét is meg lehet valósítani általa, így olyan betegségek gyógyítására is alkalmas lehet, amelyek esetében több gén hibája okozza a problémákat. A cukorbetegség, egyes szívproblémák vagy az autizmus esetében például az elmúlt évek kutatásai alapján számos gén érintett. Míg a múltban egy három elcsendesített génnel rendelkező egér létrehozásához évekre volt szükség, napjainkban erre három hét is elegendő. A CRISPR/Cas9 ráadásul más technológiai áttöréseket is még könnyebben használhatóvá tesz. George Church, a Harvard kutatója például ezt a módszert alkalmazza az őssejteken, mielőtt azokat idegsejtekké alakítja, hogy így derítse fel egyes neurológiai problémák hátterét.

A korábbi génmérnöki módszerek általában fajspecifikusak voltak: számos módszert dolgoztak ki a kólibaktérium vagy az élesztőgomba génjeinek átírására, ezek azonban többnyire nem működtek megfelelően más élőlényeken. Ez tehát a másik olyan tényező, ami miatt a CRISPR/Cas9-et olyannyira kiválónak tartják: a metódus olyan organizmusokon is alkalmazható, amelyeket korábban képtelenségnek tűnt genetikailag átalakítani. Ez pedig különösen hasznos lehet a mezőgazdaságban, ahol újfajta tulajdonságokat hordozó növények lehetnek létrehozhatók. A Monsato nevű cég már jelenleg is ilyenekkel kísérletezget, egy másik biotechnológiai vállalat pedig arra használja a módszert, hogy kapcsolókat építsen be különböző célokra használt baktériumaiba, amely révén azok használat után egyszerűen kiiktathatók a képből.

A CRISPR/Cas9 alkalmazásának egyik lenyűgöző, és kicsit aggasztó oldala, hogy a módszerrel gyorsan és a természetes kiválasztódás korlátait áthágva lehet elterjeszteni a kívánt géneket egy populációban. A technológia támogatói ugyanakkor azzal érvelnek, hogy ilyen módon például úgy lehet majd átalakítani a maláriaszúnyogok genomját, hogy azok képtelenek lesznek a betegség terjesztésére, így nem lesz szükség kiirtásukra.

Az alkalmazási területeknek csak a fantázia szabhat határt. Egyes szakértők szerint a módszerrel egy napon a vírusfertőzések is felszámolhatóvá válhatnak, egészségesebbé tehető a vörös hús, és olyan sertésszervek növeszthetők, amiket a kilökődés veszélye nélkül lehet beültetni az emberi páciensekbe. A már említett George Church ezen túl még olyan ötletekkel is eljátszott, hogy a CRISPR/Cas9-eljárással az elefántból mamutot csinálna, vagy feltámasztaná a neandervölgyi embert.

A génterápia legkönnyebben végrehajtható és elfogadtatható formája valószínűleg az a típusú kezelés lesz, amely a testen kívül, a laborban történik. Ez a fajta megoldás magas szintű ellenőrzöttséget biztosít, hiszen a kiemelt, majd a Petri-csészében módosított sejtek génjei alaposan tesztelhetők a visszaültetés előtt. A Sangamo Biosciences nevű kaliforniai cég kutatói lassan egy évtizede foglalkoznak ilyen jellegű kísérletekkel, egy, a CRISPR/Cas9-nél korábbi, jóval bonyolultabb módszerrel, úgynevezett cink-ujjak segítségével cserélgetve a géneket. A szakértők jelenleg azon dolgoznak, hogy hatásos génterápiát dolgozzanak ki a béta-talasszémia, a sarlósejtes vérszegénység, a hemofília és a HIV-fertőzés gyógyítására.

A HIV-kezelés már a klinikai kipróbálás fázisában van. A Sangamo kutatói a terápia során vírussal fertőzött immunsejteket szűrnek ki a beteg véréből, majd úgy módosítják ezek genomját, hogy magas szinten ellenálljanak a kórokozónak. Ezt követően nagy számú új sejtet tenyésztenek ki a kiemeltekből, amelyeket aztán visszajuttatnak a páciens szervezetébe. A szakértők azt remélik, hogy ha kellően nagy mennyiségű egészséges működésű sejttel árasztják el a vért, idővel ezek veszik át az irányítást a beteg immunsejtek helyett.

Hasonló elgondolások alapján remélik a kutatók gyógyítani a többi általuk tanulmányozott vérsejt-problémát is. A béta-talasszémia és a sarlósejtes vérszegénység esetében a globin génjével vannak a problémák. A szakértők így azt tervezik, hogy vér-őssejteket vonnak ki a csontvelőből, kijavítják a hibás gént, majd úgy programozzák a sejtet, hogy az magzati hemoglobint kezdjen termelni. A visszaültetett őssejtek így egészséges hemoglobinnal látják el a szervezetet. A dolog sok tekintetben hasonlít tehát a csontvelő-átültetésre, csak mivel a beteg saját sejtjeit implantálják, nem áll fenn a kilökődés veszélye.

3. oldal

Hasonló megközelítéssel a rák elleni harcban is nagy hasznát lehetne venni a génszerkesztésnek. A legbiztatóbb ezirányú próbálkozás keretében az immunrendszer T sejtjeit úgynevezett kimérikus antigén-receptorokkal látják el, vagyis egy olyan protein termelésére veszik rá a sejteket, amely felismeri a tumorsejteket. A CRISPR/Cas9-módszer alkalmazásával ez a megoldás is továbbfejleszthető lesz, hiszen még finomabban rá lehet vele hangolni a sejteket arra, hogy mit keressenek, így akár az adott beteg egyik szövettípusának daganatos sejtjeire is specializálni lehet ezeket.

Míg azonban a szervezeten kívüli, ex vivo megoldások a vérsejtek esetében kiválóan működnek, más szövetekkel nem feltétlenül ez a helyzet. Az idegrendszerből például gyakorlatilag egyáltalán nem lehet sejteket kiemelni funkcióvesztés nélkül, így az ezt érintő kórképeknél helyben kellene megoldani a gének átírását. Erre eddig nagyon kisszámú próbálkozás történt. A Sangamo szakértői egerekkel kísérletezve képesek voltak megakadályozni annak a génnek a kifejeződését, amely a Huntington-kórt okozza. Az Intellia nevű biotechnológia cég pedig a szem és egyéb idegi kórok gyógyítására keres hasonló megoldásokat.

Ebben az esetben az előbbi szerv, vagyis a szem, ismét csak viszonylag könnyű célpontot jelent, hiszen annak minden része könnyen elérhető kívülről is. A génterápián dolgozó kutatóknak azonban arra is van tervük, hogyan írják át a nehezen hozzáférhető sejtek genomját: ehhez évek munkájával génszerkesztő csomagocskákat állítottak össze. A bevezetőben említett Karen Aiach által alapított Lysogene például egy olyan virális vektorral dolgozik, amely közvetlenül a központi idegrendszerbe fecskendezve a beteg agyi neuronokba juttatja be az általa hordozott gén másolatait.

A génszerkesztés leginkább vitatott területét azonban, ahogy már részben említettük, az embriók és az ivarsejtek genetikai szintű módosítása jelenti. Ha ez biztonságosan megoldható lenne, rendkívül sok örökletes kórképre jelenthetne megoldást, hiszen ha a magzati fejlődés korai fázisában vagy magukban az ivarsejtekben módosítják a géneket, a szervezet többi, később kialakuló sejtje is hordozni fogja a változásokat, és a gyermek felnőve továbbörökíti ezeket saját utódainak is. Ez így leírva nagyon logikusnak tűnik ugyan, de a hasonló próbálkozásokkal kapcsolatban számos etikai és szociális aggály merülhet fel. Így nem is csoda, hogy amikor áprilisban egy kínai kutatócsoport bejelentette, hogy sikeresen módosította nem életképes emberi embriók génállományát, ez mind tudományos, mind civil körökben óriási felzúdulást és visszatetszést keltett.

A bejelentés előtt nem sokkal egy másik tudóscsoport, köztük a Sangamo vezetője a Nature folyóiratban bejelentette, hogy önkéntes moratóriumot hirdet minden hasonló jellegű kísérletezésre. Az emberi embriókat érintő kísérletek mindig is megosztották a szakmát és a közvéleményt, és a CRISPR/Cas9 kidolgozása leginkább csak rontott ezen a helyzeten. Sokak szerint ugyanis nagyon aggasztó az a tény, hogy a módszerrel olyan változásokat lehet eszközölni az embriókon, amelyeket ők felnőve képesek lesznek továbbörökíteni. Ez pedig az esetleges hosszabb távon jelentkező mellékhatásokon kívül komoly biztonsági, társadalmi és etikai problémákat vonhat maga után, és egyebek mellett a társadalmi különbségek elmélyüléséhez, diszkriminációhoz és különböző konfliktusokhoz vezethet.

Mások ugyanakkor úgy vélik, hogy máris átléptük azt a határvonalat, amelyet sokak szerint sosem kellett volna, hiszen már jelenleg is léteznek olyan terápiás módszerek, amelyekkel emberi embriók génállományát módosítjuk. A mitokondriális DNS cseréjével társított mesterséges megtermékenyítés során az anya beteg mitokondriális genomját egy egészséges nő genomjára váltják le. Ez a módszer pedig nemrégiben vált törvényileg elfogadottáNagy-Britanniában. És ahogy az embriókon vagy az ivarsejteken elvégzett génmódosítások, ezen beavatkozás eredménye is továbbörökíthető lesz a jövő generációknak.

A mitokondriális DNS donációjának engedélyezését széleskörű szakmai és társadalmi vita előzte meg az angoloknál. A végkövetkeztetés az volt, hogy megéri „Istent játszani”, ha a beavatkozás kockázata ennyire alacsony, és elvégzésével bizonyos betegségek hordozói egészséges utódoknak adhatnak életet. A CRISPR/Cas9 sokkal frissebb technológia, így lehetséges, hogy idővel hasonló megegyezésre lehet jutni ezzel kapcsolatban is.

Ehhez azonban még néhány dolognak meg kell történnie. Ami a dolog technikai oldalát illeti, a CRISPR/Cas9 nagyon jól működik, de azért korántsem tökéletes. Időnként ugyanis olyan helyeken is vág az enzim, ahol nem kellene. Ami pedig a kutatási fázisban és az állatkísérletek során elfogadható hibaszázaléknak tűnik, az egy emberi terápia esetén túlságosan is nagy kockázatot jelenthet. Az ivarsejti és az embrionális génszerkesztés esetében pedig különösen aggasztó az a kilátás, hogy egy esetleges hiba az összes utódsejtnek átadódik.

Ami történetünk elejét illeti, Ornella azon kevesek egyike, akik már részesülhettek génterápiában. Bár a kislány ahhoz túlságosan későn kapta meg a Lysogene által kikísérletezett kezelést, hogy a kognitív leépülése megelőzhető legyen, Karen Aiach lánya napjainkban is barátságos és jókedvű, éjszakái pedig többnyire normálisan telnek, vagyis a jelek szerint a kór bizonyos velejáróinak sikerült elejét venni. Hogy mit hozhat a jövő Ornella és sorstársai számára, azt egyelőre senki sem tudja, de abban azért lehet reménykedni, hogy kilátásaik innentől csak javulni fognak.