EnteR Наука

Мат Ридли: Генно редактиране с CRISPR (откъс от „Кратка история на иновациите“)

Мат Ридли: Генно редактиране с CRISPR (откъс от „Кратка история на иновациите“)

Само преди дни учените Дженифър Дудна и Еманюел Шарпентие получиха Нобелова награда за химия „за разработването на метод за редактиране на генома“ – CRISPR/Cas9. Днес ви представяме откъс от най-новата книга на Мат Ридли  „Кратка история на иновациите“ (ИК „Сиела“), в който ни разказва от къде идва съкращението CRISPR и за двама почти неизвестни микробиолози, работещи по практични въпроси относно бактериите, които имат основни заслуги за откритието.

Известният учен, журналист и писател Мат Ридли, автор на бестселърите „Геномът”, „Еволюция на всичко” и „Червената царица”, успява по блестящ начин да  събере в една книга истории за стотици иновации и иноватори, за най-висшите прояви на човешкия ум и изобретателност през хилядолетията – от опитомяването на кучето до ядрената енергия. „Кратка история на иновациите” (ИК „Сиела“) е забележително изследване на иновацията като еволюцията – процес на постоянно откриване на начини за пренареждане на света във форми, които надали биха се появили случайно и усъвършенстван вариант на невероятното. Според Ридли иновациите, били те iPhone, идеи или наглед странни изобретения, са невероятни, странни комбинации на атоми и дигитални битове информация.

В изданието оживяват невероятните истории на изобретяването на  парните машини и интернет търсачките,  на ваксините и електронните цигари, на транспортните контейнери и силициевите чипове, на куфарите на колелца и генното редактиране, на числата и тоалетните. Нещо повече, Ридли разгръща своето изследване през успехите и провалите на Томас Едисон и Гулиелмо Маркони, Томас Нюкомен и Гордън Мур, лейди Мери Уортли Монтагю и Пърл Кендрик, Ал Хорезми и Грейс Хопър, Джеймс Дайсън и Джеф Безос.

Из „Кратка история на иновациите” от Мат Ридли Генно редактиране с CRISPR

Много полезните научни открития почти винаги – смехотворно често – са придружени от ожесточени спорове чия е заслугата. Това е особено вярно за историята на CRISPR, генетична техника, която беше представена пред света през 2012 г. и която обещава чудесни резултати в земеделието и медицината. В този случай спорът е още по-разгорещен заради факта, че противопоставя два велики американски университета на двата бряга на страната. От едната страна е Калифорнийският университет в Бъркли, където работела Дженифър Дудна в сътрудничество с Еманюел Шарпентие, френски професор, който наскоро се премести от Виена в Умеа в Швеция, и докторанта му Мартин Инек. От другата е Масачузетският технологичен институт, където работели Фън Джан и колегите му Лъ Цун и Фей Ан Ран. Двете групи осъществили изключително важни пробиви горе-долу по едно и също време. Отначало повечето награди били за групата на Дудна, но групата на Джан повела ожесточена съдебна битка за патенти и я спечелила.

Но вероятно нито един от тези огромни американски университети с големите им бюджети и луксозни лаборатории не заслужава чак толкова големи заслуги, за каквито претендира. Те трябва да бъдат дадени на двама почти неизвестни микробиолози, работещи по практични, но не и модни въпроси относно бактериите. Единият бил в университетска лаборатория и се трудел върху проблем, занимаващ солната индустрия, а другият работел за индустриална компания за производство на храни. Пътят от любопитното биохимическо откритие до изобретяването на технология както винаги е дълъг и оплетен. В този случай той не е от учените към индустрията, а обратно, поне отчасти.

Близо до град Аликанте в Испания има едно голямо, розово езеро, украсено с още по-розови фламинго. Известно като Торевиеха, това езеро с площ 1400 хектара е под морското равнище и се използва от три века за производство на сол. През юни в езерото се влива морска вода. През лятото тя се изпарява, солта кристализира по дъното на езерото, изгребва се със специални машини, пречиства се и се продава – по 700 000 тона на година. Розовият цвят идва от соленолюбиви микроорганизми като бактерии и археи. С тях се хранят розови скариди, а те пък са в менюто на розовото фламинго.

Не е изненадващо, че катедрата по микробиология на местния университет се възползвала от този ресурс, за да проучи соленолюбивите розови микроорганизми. Един от археите, Haloferax mediterranei, е описан за пръв път в Аликанте. Вероятно можело да бъде използван за биотехнологии на особено солени места. Роденият наблизо Франсиско Мохика защитил докторат там през 1993 г., като изучавал гените на това същество. Забелязал нещо доста странно. В част от генома му била скрита една отличителна поредица от едни и същи трийсет букви, които се повтаряли отново и отново, като между всеки две повторения имало поредица от 35-39 букви, които винаги били различни. Повтарящите се участъци често били палиндроми – текстът бил един и същ, като се гледа от ляво надясно и обратното. Мохика се заел с друг сходен соленолюбив микроорганизъм и открил горе-долу същия модел, макар и с различна поредица. Открил го в още двайсет различни микроорганизми, както бактерии, така и археи. Един японски учен бил забелязал същия модел в бактерии, но не развил работата си.

През следващите десет години Мохика се опитвал да разбере защо този модел е точно там. Повечето от хипотезите му се оказали погрешни. Холандският учен Рууд Янсен забелязал, че до странния текст винаги има определени гени, известни като Cas гени. Янсен изковал и името на модела: „кратки палиндромни повторения, правилно подредени в групи“ или CRISPR.

Но през един ден на 2003 г. Мохика направил щастлив удар. Той взел една от неповтарящите се „междинни“ последователности сред палиндромите от стомашно-чревна бактерия и го въвел в база данни от генни последователности, за да види дали ще има съвпадение. Еврика. Получил отговор, че последователността съвпада с ген на вирус, по-точно на вирус бактериофаг или „фаг“ за по-кратко. Тези миниатюрни частици, понякога оформени като микроскопични луноходи от мисия „Аполо“, са вируси, които инжектират своята ДНК в бактерия, превземат клетъчните механизми и създават още повече фаги. Мохика разгледал по-отдалечени последователности и открил, че много от тях са от вируси, които заразяват бактерии. Той заключил, че наблюдава имунната система на микроорганизма, при която гени от вирусни заболявания били запазвани като файл, за да може да бъдат разпознати и унищожени. Cas гените вършели работата.

На Мохика му отнело повече от година да публикува, толкова подозрителни били престижните списания спрямо идеята, че важно научно откритие може да бъде направено от почти анонимен изследовател в затънтеното Аликанте. Отвъд Пиренеите един индустриален микробиолог вече правел следващата крачка. Филип Хорват работел за „Родиа фудс“, която скоро станала част от „Даниско“, а след това и от „Дюпон“. Киселото мляко и сиренето са ферментирало мляко, зависят от бактерии, които се хранят с млякото и го превръщат в бактериални тела, които ние ядем. Микроскопичната култивирана дойна крава на млечната индустрия е безвредно създание на име Streptococcus thermofilus. Човек поглъща средно по хиляда милиарда милиарда S. thermofilus на година. Големите производители на кисело мляко затова харчат много пари за бактериология, за да натрупат повече знания за опитомените си стада микроби. Особено ги интересува какво се случва, когато бактериите заболеят. Както един млекопроизводител иска да предпази кравите си от мастит, така и компаниите не желаят бактериите им да се заразят с „фаги“. Хорват и колегата му от „Даниско“ Родолф Барангу знаели, че някои култури бактерии са по-устойчиви на епидемии от фаги от други. Ако разберели защо, биха могли да помогнат на индустрията.

След като чул за CRISPR на конференция, Хорват имал предчувствие, че това може да му даде отговора. Скоро показал, че бактериите с най-много междинни последователности често се оказвали устойчиви щамове, а бактерии с последователности от ДНК на конкретен фаг имали устойчивост към него. Мохика се оказал прав. Работата на CRISPR с помощта на Cas е да разпознае конкретна поредица и да я изреже, като така отслаби вируса.

Следващата стъпка, или логически скок, била мисълта: „Може би ние, хората, можем да заемем CRISPR за нашите собствени цели“. Ако междинните последователности се заменят с ген, който искаме да изрежем, и ако това се комбинира с нова последователност, която искаме да включим, и адаптираме системата на микроорганизмите, ще получим инструмент за генно инженерство с необикновена прецизност. Вместо да чакаме природата да ни даде по-добри гени, както сме правили през 1920-те години, или да работим със случайни генни мутации, получени чрез гама лъчи, както сме правили през 1960-те години, или да въвеждаме случайни гени с надеждата, че някъде ще се окажат полезни, каквато беше практиката през 1990-те години, сега с CRISPR-Cas9 буквално можем да редактираме генома на растение или животно, да променим буква тук или изречение там. Роди се генното редактиране.

През 2017 г. учените в Рослинския институт край Единбург обявиха, че са редактирали гените на прасета, за да ги защитят срещу вируса на Свинския репродуктивен и респираторен синдром (СРРС). Те използвали CRISPR, за да изрежат кратка част от гена, създаващ протеина, осигуряващ на вируса достъп до клетките на прасетата. Така вирусът остава пред затворена врата, а учените са направили така, че животното остава напълно нормално, но е имунно срещу заболяването. През 2018 г. учени от университета на Минесота и от генетичната компания „Каликст“ използвали различна техника за генно редактиране, наречена TALEN, за да направят пшеница, устойчива на брашнеста мана, като така намалят използването на фунгициди. Същата година аржентински учени използвали CRISPR, за да премахнат част от гена за ензима полифенолоксидаза в картофи. Така картофът не потъмнява при разрязване. Към средата на 2019 г. в Китай имаше повече от 500 проекта за генно редактиране, почти 400 в Америка и почти 100 в Япония. (Повечето от тях са свързани със земеделието, но генното редактиране има приложение и в медицината.)

А в Европа? По-голямата част от света бързо се съгласи, че генноредактираните растения не бива да са обект на същите невероятно скъпи и забавящи регулации като ГМО културите, а да бъдат третирани като конвенционално селектирани разновидности. Из цяла Европа учените се надяваха и се молеха властите да достигнат до същото заключение. Европейската комисия чака две години, преди Европейският съд да се произнесе. Генералният адвокат настоя за либерализиране, но през юли 2018 г. Съдът отхвърли съвета му под политически натиск и разпореди, че генноредактираните организми трябва да бъдат подложени на същите регулации като ГМО, а не на далеч по- простите правила на културите, получени чрез мутационни изменения. Те обаче се получават след облъчване с гама лъчи или излагане на химически мутагени при далеч по-рисков процес.

През 2019 г. трима френски учени преразгледаха патентоването на CRISPR и откриха, че Европа вече изостава драстично. В Америка има 872 патентни семейства, в Китай са 858, а в Европа са едва 194, като разликата се увеличава. Заключението им е: „Ще е заблуда, ако сметнем, че забраната върху ГМО в Европа не е оказала силно негативно влияние върху бъдещето на биотехнологиите на континента“.

Генното редактиране се променя бързо. Вече се появява редактиране на бази, при което ДНК бази се заменят по химически път без откъсване на частици ДНК, като този метод е много по-точен от генното редактиране. Няма никакво съмнение, че в бъдеще ще е възможно да постигнем изключително подобрение в добивите, хранителните качества и въздействието на посевите върху природата.

Може да подкрепите MediaBricks.bg чрез платформата Patreon Become a Patron!