Nowy system edycji genów ludzkich – wielki przełom czy wielka autopromocja?
„To jedna z najciekawszych pracy opublikowanych w »Nature« od bardzo długiego czasu”; „To musi być przełom roku” – komentowali naukowcy w mediach społecznościowych. Ich entuzjazm obudziło odkrycie nowego systemu białko-RNA, nazwanego Fanzor, który potrafi przecinać DNA. Podobno może on być dużo sprawniejszy i bardziej precyzyjny w edycji genów u ludzi niż znany system CRISPR/Cas.
Dr hab. Witold Konopka z PORT Polskiego Ośrodka Rozwoju Technologii w Sieci Badawczej Łukasiewicz we Wrocławiu w rozmowie z pulsarem studzi jednak te emocje i zwraca uwagę na ukryte tło tej pracy. – Jest dobra, ale nie przełomowa. Trzeba na nią spojrzeć w kontekście procesu sądowego o pierwszeństwo patentu, jaki główny autor tej publikacji toczy z odkrywczyniami CRISPR/Cas – wyjaśnia.
Kto ma prawa do CRISPR?
CRISPR/Cas wyewoluował w przyrodzie jako swego rodzaju system obronny bakterii. Gdy nowy wirus atakuje jej komórkę, to enzym Cas chwyta jego DNA i wciska w genom gospodarza, między powtarzające się sekwencje zwane CRISPR. Tam zostaje on już na stałe. Przydaje się w chwili, gdy do bakterii ponownie dostanie się taki wirus. Wtedy zaatakowany mikroorganizm wykorzystuje zapisane DNA do precyzyjnego rozpoznania wroga. Dzięki temu niszczy go niemal natychmiast.
Amerykanka Jennifer Doudna oraz Francuzka Emmanuelle Charpentier, zrozumiały, że system CRISPR/Cas można wykorzystać do bardzo sprawnego manipulowania DNA. Ogłosiły to w 2012 r. na łamach „Science”. To był zapalnik rewolucji w inżynierii genetycznej. Już wkrótce laboratoria na całym świecie wykorzystywały CRISPR do wycinania genów i ich wstawiania, do włączania ich lub wyłączania. W 2020 r. obie badaczki zostały za swe odkrycie uhonorowane Nagrodą Nobla z chemii.
Tak szerokie zastosowanie CRISPR przynosiło konkretne korzyści finansowe. Macierzyste uczelnie obu badaczek opatentowały więc tę metodę. – Feng Zhang z Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Harvard University odkrył jednak, że patent nie obejmował zastosowania CRISPR w komórkach eukariotycznych – wyjaśnia dr hab. Witold Konopka.
Eukarionty to organizmy o bardziej skomplikowanej budowie komórki niż bakterie. Mają one liczne organelle, a DNA w postaci nici, podzielonej na fragmenty zwane chromosomami, umieszczone jest w jądrze. Do eukariontów należą zarówno jednokomórkowe organizmy typu ameba czy pantofelek, jak i wielokomórkowe glony, grzyby, rośliny i zwierzęta. A zatem i my, ludzie.
Patent na zastosowanie metody CRISPR/Cas u eukariontów oznacza więc czerpanie zysków z jej wykorzystania w medycynie – na przykład w terapii genowej wielu dziedzicznych chorób. A to może się wiązać naprawdę dużymi pieniędzmi. – Uczelnie Doudny i Charpentier – Univerisity of Berkeley i Vienna University, wytoczyły uczelni Zhanga, czyli MIT, proces, aby odzyskać patent na wykorzystanie CRISPR u eukariontów – opowiada dr hab. Konopka. – Amerykański sąd podzielił jednak argumentację MIT i Feng Zhang wygrał.
Jednocześnie jednak ten uczony poszukiwał innych metod podobnych w działaniu do CRISPR. – Otrzymanie kolejnego systemu do edycji genomu ludzkiego, nieobarczonego roszczeniami patentowymi noblistek, byłoby dla MIT zapewne bardzo korzystne – twierdzi dr hab. Konopka.
Przełomowa czy po prostu dobra?
Poszukiwania rzeczywiście doprowadziły do ciekawych odkryć. Najpierw zespół Zhanga znalazł u bakterii system OMEGA, który łączy się ze skaczącymi genami (transpozonami), czyli takimi fragmentami DNA, które mogą przemieszczać się w obrębie genomu. Prawdopodobnie to właśnie system OMEGA dał początek ewolucji CRISPR/Cas. A teraz zespół Zhanga odkrył, że białko Fanzor u eukariontów jest podobne do tego z systemu OMEGA. W najnowszej pracy, ogłoszonej w „Nature” https://www.nature.com/articles/s41586-023-06356-2, uczeni opisują, że ten enzym znaleźli u grzyba, glona, ameby i małża. Wykryli, że białko łączy się z nicią RNA, za pomocą której precyzyjnie namierza konkretne miejsca w DNA i tam je przecina. Fanzor jest kodowany właśnie przez transpozony. Badacze przypuszczają, że do genomu eukariontów przeskoczył z bakterii w procesie horyzontalnego transferu genów. To rzadsza metoda przenoszenia DNA niż tradycyjny przepływ z rodziców na dzieci. W jej wyniku geny przeskakują między niespokrewnionymi ze sobą organizmami, często bardzo odległymi od siebie na genealogicznym drzewie życia.
Zespół Zhanga twierdzi, że za pomocą systemu Fanzor można precyzyjnie wstawiać i usuwać geny w ludzkich komórkach. Jednak jego wydajność była słabsza niż powszechnie dziś używanego CRISPR. Badacze wprowadzili więc zmiany w enzymie za pomocą mutacji. Zmodyfikowana wersja Fanzor zwiększyła swą aktywność 10-krotnie. Uczeni uważają, że potrafiła edytować geny dokładniej niż zarówno CRISPR, jak i OMEGA. Ich zdaniem System Fanzor można łatwo zaprogramować tak, aby celował w ściśle określone miejsca genomie. „Pewnego dnia może zostać rozwinięty jako nowa potężna technologia edycji genomów do celów badawczych i terapeutycznych” – mówi Zhang.
Dr hab. Witold Konopka nie jest przekonany. – Ich praca jest bardzo ciekawa z biologicznego punktu widzenia, bo nie znano takiego systemu u eukariontów – mówi. – Nie widzę jednak, aby miała być przełomowa w zastosowaniach terapeutycznych. Nie znajduję przesłanek, żeby ten system miał być lepszy od CRISPR/Cas. Natomiast jego wypromowanie przyniosłoby korzyści MIT, dlatego ogłaszają to jako przełom.
Feng Zhang rzeczywiście nie ustaje w swoich poszukiwaniach systemów do edycji genów. Mówi: „Przyroda jest zachwycająca. Tak dużo w niej różnorodności. Prawdopodobnie jest więcej systemów programowanych przez RNA. Kontynuujemy nasze poszukiwania i mam nadzieję, że odkryjemy ich więcej”.