Je tu CRISPR 2 – nástroj, který umí zcela měnit lidské geny. Možnosti jsou neomezené

Vědci představili nový nástroj, který podle nich může způsobit revoluci v medicíně. Dokážou pomocí něj opravovat ty nejjemnější stavební kameny lidského těla.

Vrozená slepota, cystická fibróza a desítky dalších dědičných chorob mají společnou jednu věc: způsobuje je jediný překlep v genetickém kódu. Doposud nebyly tyto choroby léčitelné, vědci neuměli tak drobné dílečky genetické skládačky zaměřit.

„Je to metoda, která skutečně rozhýbala svět. A už si nepamatuju dlouho, že by nějaká taková revoluční metoda existovala. CRISPR bude během několika let používat taky každá laboratoř, každá nemocnice a ten potenciál je obrovský.“

Radislav Sedláček o CRISPRu

vedoucí českého centra fenogenomiky, Ústav molekulární genetiky AV ČR

Genetický kód člověka je složený z písmen, funguje to podobně jako velmi dlouhá věta. Když člověk píše dlouhou větu, snadno udělá chybu – a to stejné se přihodí i přírodě. Lidská chyba ve větě může způsobit to, že si čtenář špatně vyloží její význam; a podobně to může dopadnout i v genetickém kódu. Špatné písmeno v genetickém kódu ale způsobí nesrovnatelně větší škody, třeba vznik různě vážných poruch, dokonce i smrtelných.

Písmena v lidském genetickém kódu jsou složená v molekule DNA, ta nese genetické informace. DNA se dá představit jako dlouhá věta popisující celého člověka, jejími písmeny jsou takzvané báze – jsou jen čtyři a jsou schopné popsat všechno důležité v genetické informaci, podobně jako počítači stačí informace uložené v podobě jedniček a nul.

Měnili jsme slova, teď už přepisujeme písmena

Vědci od roku 2016 dokázali DNA měnit, a to pomocí revolučního nástroje nazvaného CRISPR-Cas9, jemuž se říká také jen CRISPR. Nejdůležitějším převratem bylo, když 28. října 2016 v čínském městě Čcheng-tu na Sečuánské univerzitě onkolog Lu You vložil geneticky upravené buňky do těla člověka trpícího agresivní formou rakoviny.

„Starší metody genetického inženýrství jsou jako počítač, který musíte přestavět kdykoli na něm chcete spustit nový software. Technologie CRISPR je naopak jako genový software. Můžeme ji snadno programovat s použitím kousků kyseliny ribonukleové.“

Jennifer Doudnaová

Howard Hughes Medical Institute

Vědci tehdy dokázali vystřihnout jedno „slovo“ z věty DNA, tedy jeden konkrétní gen a přenést ho jinam. Případně dokázali toto slovo z DNA vymazat, CRISPR tedy fungoval buď jako nůžky nebo jako guma, kterou se odstraňovala slova z věty.

tento výzkum měl obrovský význam, přinesl (přes řadu komplikací a problémů) také mnoho fascinujících úspěchů, do té doby nepředstavitelných. Mezi ty nejzajímavější patří:

Přelom v přelomu

Na konci října 2017 vyšly dvě práce, které ukázaly další možnosti genetického nástroje CRISPR. Někteří vědci metodu pro její novost rovnou nazývají CRISPR 2, tak převratné změny přinesla.

Největším úspěchem je to, že zatímco dříve vědci uměli pracovat jen se „slovy“ v DNA, nyní se dokážou zaměřit už i na jednotlivá písmena – tedy na báze. Druhá práce ukázala, že jsou vědci schopní upravovat už i RNA, což je obdoba DNA, která má řadu funkcí, například odemyká informace v genetickém kódu. Obě práce vznikly na Broadově institutu na univerzitách MIT a Harvard.

Dvě změny najednou

První novinka vyšla v odborném časopise Nature a ukazuje, jak se jejím tvůrcům podařilo vyvinout nástroje, jimž se říká editory bází. DNA je tvořená čtyřmi písmeny - bázemi, které se jmenují adenin (A), cytosin (C), guanin (G) a thymin (T). Pokud je kterákoliv z nich na špatném místě „slova“ nebo „věty“, způsobuje to poruchy, které se projevují třeba jako nemoci.

Editory bází umožňují měnit atomovou strukturu těchto bází, čímž vědci mohou měnit jednu v druhou – dá se jimi tedy zcela detailně manipulovat. Vědci zatím umí přepsat cytosin (C) na thymin (T) a guanin (G) na adenin (A). Ukázalo se to v experimentu, kdy autoři práce takto přepsali písmena v genetickém kódu, čímž napravili chorobu, která vede k nebezpečně vysoké úrovni železa v krvi.

Profesor David Liz z Broadova institutu, který výzkum vedl, popsal, kam to celé povede: „Naplno teď pracujeme na tom, abychom převedli tuto technologii na léčebné prostředky pro medicínu.“ Současně ale přiznává, že okolo celého procesu je stále ještě mnoho otázek, kritickým tématem je jeho bezpečnost: „To, že máme nástroj, který umí takové změny provést, je jen začátek. Je stále ještě potřeba udělat spoustu další práce, ale to, že máme nástroj, v tom opravdu pomáhá.“

Druhá ze zmíněných prací vyšla pro změnu v odborném časopise Science a soustředila se na možnosti CRISPRU měnit RNA, další z molekul, které jsou pro existenci života nezbytné.
DNA je totiž sice základem genetického kódu, ale aby buňka mohla tyto genetické návody využít, musí nejprve vytvořit její RNA kopii. Zjednodušeně řečeno: buňka funguje podobně jako knihovna, kde vám nepůjčí originály vzácných knih, ale můžete se tam vzdělat z jejich kopií.

Také tento výzkum přinesl praktický výsledek: pomocí změny RNA byli vědci schopní opravit vrozenou formu anémie v lidských buňkách. Autorem této práce je Feng Zhang, také z Broadova institutu. K objevu uvedl: „Schopnost opravit mutace způsobující nemoci je hlavním cílem editace genomu. Naše nová schopnost opravovat RNA nám otevírá mnohem více možností jak léčit spousty nemocí, a to v téměř všech druzích buněk.“

Budoucnost plná překvapení

Oba experimenty proběhly na lidských buňkách, které vyrostly v laboratoři. Pro britskou televizi BBC se k úspěchu vyjádřila expertka Helen O'Neillová, která se na tomto výzkumu nijak nepodílela: „Pro genetický výzkum jde o nesmírně vzrušující týden. Obě práce zvýrazňují, jak rychlý je vývoj v tomto oboru a jak velkých úspěchů dosahujeme v oboru editace genomu – i to, jak se stále rychleji blížíme jejich využití v praktické medicíně.“

Důležité je, že celý tento výzkum se zaměřuje na tak základní stavební kameny organismů, že je využitelný nejen u člověka, ale u drtivé většiny živých organismů; mohl by se použít na vývoj odolnějších druhů obilnin, drůbeže rezistentní vůči ptačí chřipce, nebo na vývoj mnohem účinnějších biopaliv.

Podívejte se na rozhovor s Paulem Modrichem, nositelem Nobelovy ceny za chemii, který zkoumal nejdůležitější molekulu pro život na Zemi: DNA. A popsal systém, díky kterému se naše DNA opravuje sama:

Video Hyde Park Civilizace - Paul Modrich
video

Paul Modrich (nositel Nobelovy ceny za chemii)