Ce este tehnica CRISPR Științe de cercetare și știință
Noua tehnică revoluționează ingineria genetică. Dar sunt foarfecele moleculare CRISPR/Cas9 la fel de avantajoase pe cât promit?
Tehnica de editare a genei CRISPR/Cas9 funcționează ca niște foarfece selective care taie și modifică orice secvență a genomului cu mare precizie și eficiență. Dar sunt întotdeauna de încredere? [iStock/vchal]
Ingineria genetică se confruntă cu un impuls de reînnoire. La un deceniu după Proiectul Genomului Uman, care nu a dat toate rezultatele scontate, a apărut o tehnică ale cărei posibilități par nesfârșite. CRISPR/Cas9, foarfece moleculare care modifică ADN-ul în puncte selectate cu o precizie fără precedent, ridică o nouă speranță. Strategia revoluționează deja toate domeniile ingineriei genetice și se consideră incontestabil că descoperitorii săi vor fi demni de un premiu Nobel. Cu toate acestea, metoda nu este lipsită de probleme. Efectele nedorite pe care le poate provoca, limitările tehnice și obiecțiile etice reprezintă obstacole majore în calea editării genelor.
Cum funcționează CRISPR/Cas9?
Tehnica de editare a genei CRISPR/Cas9 se bazează pe un sistem imunitar complex de bacterii care le protejează împotriva virușilor. Este o imunitate dobândită sau adaptativă, care „își amintește” secvențele ADN ale agenților patogeni din atacurile anterioare și le taie ADN-ul în cazul unei noi infecții.
Tocmai această combinație de recunoaștere și tăiere o folosește tehnica CRISPR/Cas9. În cea mai simplă variantă, ARN care codifică o proteină numită Cas9 și o secvență de recunoaștere este injectată în celulă. Celula folosește ARN-ul pentru a sintetiza proteina, care este pusă în funcțiune împreună cu ARN-ul de recunoaștere adăugat: Cas9 taie ADN-ul dublu catenar exact acolo unde îi spune fragmentul de ARN asociat. Deoarece este posibilă sintetizarea artificială a oricărei secvențe de ARN, o astfel de combinație face posibilă tăierea oricărui genom oriunde, cel puțin teoretic.
Așa-numitele secvențe CRISPR, prezente în materialul genetic al bacteriilor, sunt cunoscute încă din anii 1980. Microbiologul Francisco J. M. Mojica, de la Universitatea din Alicante, a contribuit într-o parte fundamentală la descoperirea și denumirea lor. Abrevierea înseamnă „repetări palindromice scurte grupate la intervale regulate”, adică repetarea secvențelor palindromice scurte care sunt separate de alt material genetic și care apar adesea în genom în locații specifice. S-a dovedit că materialul genetic dintre secvențele repetate provine adesea de la viruși, ceea ce ne-a permis să deducem că CRISPR corespunde unui sistem care permite bacteriilor să se apere împotriva lor.
Mai târziu, s-a observat că toate bacteriile cu acest sistem aveau, în vecinătatea CRISPR, gene asociate numite cas. Acestea constituie elementul esențial al apărării antivirale. Sistemul CRISPR din bacterie „recoltează” ADN-ul viral și integrează părți ale acestuia printre secvențele repetate ale genomului bacterian. Ca urmare, celula produce ARN complementar ADN-ului viral și îl asamblează cu proteine Cas. Dacă un virus încearcă să reinfecteze celula cu acest ADN, ARN-ul „recunoaște” genomul virusului, iar apoi proteinele Cas îl taie astfel încât să nu provoace din nou daune.
Originea tehnicii de editare a genelor se bazează pe descoperirea că proteinele Cas taie orice ADN atâta timp cât acestea sunt prevăzute cu un ARN de recunoaștere adecvat, iar acest lucru face CRISPR/Cas9. După tăiere, se bazează pe mecanismele naturale de reparare ale celulei, care încep spontan.
Dacă în acel moment doar cele două părți ale genomului sunt separate, intervine un mecanism de reparare celulară care le reconectează, deși este adesea imprecis și produce așa-numitele indeli, mici fragmente de ADN care sunt inserate sau eliminate în punctul de tăiere și care poate dezactiva genele implicate. Cu toate acestea, atunci când ADN-ul plutește liber în celulă cu cele două capete libere, intervine un alt sistem mai precis, numit reparare omologă de recombinare (HDR), care le reconectează și duce la modificări specifice ale genomului.
Care sunt problemele etice?
Experții au dezbătut mult timp problemele etice fundamentale asociate cu modificarea genetică la om. Dar până acum dezbaterea fusese pur ipotetică, deoarece procedurile erau prea grosolane și imprecise pentru a le putea transpune serios în încercări umane. Dar editarea genelor permite, în principiu, introducerea modificărilor în genom cu precizie ridicată. De fapt, încă din 2015, mai multe grupuri de lucru chineze au raportat că, folosind metoda CRISPR/Cas9, au încercat să elimine anumite boli moștenite de la embrioni umani. Repararea genelor care cauzează boli este în prezent cea mai evidentă aplicație la om, deoarece nimeni nu poate obiecta împotriva scopurilor sale terapeutice.
Sau de fapt da? Criticii se tem că astfel de proceduri vor amâna în continuare definiția unui „defect genetic” până când toate variantele genetice, cu excepția celor mai necesare, sunt considerate defecte și, prin urmare, au nevoie de reparații. Bebelușul proiectant, făcut pe măsură, subiectul multor considerații mai mult sau mai puțin utile asupra eticii modificărilor în linia germinală, ar apărea astfel sub pretextul vindecării.
Cu toate acestea, cea mai presantă problemă nu este consecințele posibile ale bebelușilor proiectanți, ci mai degrabă consecințele pe care astfel de experimente le vor avea în vedere cunoașterii extraordinar de incomplete a efectelor genetice reale. Cercetările pentru a crea un bebeluș „personalizat” pot dura zeci de ani, dar nu este clar dacă o astfel de așteptare va descuraja pe toată lumea. Poate că astfel de experimente sunt pur și simplu interzise, ca în 2015 experimentele care măresc infectivitatea anumitor viruși.
Dimpotrivă, eliminarea bolilor moștenite este deja pe ordinea de zi. În unele cazuri, corectarea unei singure gene, sau poate a unei singure alele, va fi probabil posibilă în curând. Majoritatea experților consideră că această opțiune este justificabilă din punct de vedere etic. Cu toate acestea, chiar și în acest caz există riscul ca intervenția să aibă consecințe imprevizibile pe termen lung dacă, de exemplu, gena corectată este transmisă descendenților și are efecte asupra lor pe care nimeni nu le anticipase. În ultima perioadă, anunțul surprinzător al unui cercetător chinez că a născut gemeni cu genomul modificat pentru a-i proteja de HIV a stârnit controverse enorme.
Astăzi, CRISPR/Cas9 și metodele conexe revoluționează deja toate domeniile în care modificarea genetică poate fi de interes. Editarea genetică este mai ușoară și mai precisă decât orice altă tehnică proiectată până acum. Dar, în primul rând, trebuie să fie clar ce se înțelege prin „organism modificat genetic”: este unul cu o genă modificată de CRISPR/Cas9 într-un singur loc? Sau tocmai a adăugat o nouă variantă la fondul său genetic de gene? Este un porc fără retrovirusurile sale endogene ca orice alt porc?