Modyfikacje genetyczne. Cyberpunk to wizja przyszłości? Nie, on już jest
Adam Bełda
- Cyberpunk to przyszłość? Nie, to już nasza codzienność
- Wirtualna rzeczywistość
- Korpokracja
- Sztuczna inteligencja
- Cyborgizacje
- Modyfikacje genetyczne
- Klonowanie
- Dopalacze
- Latające samochody
- Mroczna przyszłość
Modyfikacje genetyczne
Modyfikacje genetyczne nie są wcale wynalazkiem XXI wieku. Ani nawet XX. Za prekursora naukowego podejścia do genetyki uważa się żyjącego w XIX wieku zakonnika, Gregora Mendla, którego nazwisko możecie kojarzyć z tzw. praw Mendla, poznawanych na lekcjach biologii. Dotyczyły one sposobu dziedziczenia pewnych cech i możliwe było dzięki nim krzyżowanie określonych gatunków roślin w celu uzyskiwania odmian o pożądanych parametrach.
Oczywiście takie międzygatunkowe mieszańce występowały już wcześniej, ale to dzięki badaniom Mendla możliwe okazało się chociażby częściowe przewidywanie efektów krzyżówek i w związku z tym de facto pierwsze celowe modyfikacje genetyczne. Wśród gatunków roślin będących krzyżówkami wyróżnić można takie smakołyki jak grejpfrut czy truskawka, a wśród zwierząt muły, legrysy czy świniodziki.
Dzisiaj jednak modyfikacje genetyczne kojarzą się – nie do końca słusznie – z manipulacjami molekularnymi dokonywanymi w warunkach laboratoryjnych. Współczesna technologia umożliwia działanie dużo bardziej precyzyjne niż krzyżówki – stosując odpowiednie techniki laboratoryjne można wpływać na intensywność ekspresji danych genów, blokować je, uruchamiać, a nawet wprowadzać do organizmu geny, które nie występują u niego w naturze.
GENY – CO TO WŁAŚCIWIE JEST?
Informacja genetyczna przechowywana jest na nośniku zwanym DNA. Jest to związek chemiczny o bardzo długiej cząsteczce, złożonej z następujących po sobie zasad azotowych. Trzy zasady azotowe stojące obok siebie kodują pojedynczy aminokwas. Tak uzyskany ciąg aminokwasów, po odpowiedniej obróbce, staje się białkiem. Białka natomiast są głównymi substancjami odpowiedzialnymi za funkcjonowanie organizmu.
DNA jest więc, w największym uproszczeniu, dość prostym kodem zawierającym opis sekwencji wszystkich białek, z których zbudowany jest organizm.
Oprócz elementów kodujących białka w genomie znajdują się także fragmenty niekodujące, nie do końca słusznie nazywane często DNA śmieciowym. Są wśród nich na przykład zduplikowane fragmenty genów, geny, które w toku ewolucji zostały inaktywowane, czy choćby wbudowane w łańcuch DNA fragmenty wirusów, które zarażały przodków.
Obecnie modyfikacje genetyczne szeroko stosowane są w przemyśle spożywczym (pozwalają uzyskiwać wydajniejsze, odporne na choroby, szkodniki czy zwyczajnie smaczniejsze odmiany roślin) i w medycynie. Wszczepienie grzybom czy bakteriom ludzkich genów (np. odpowiedzialnych za produkcję insuliny) pozwala na szybkie uzyskanie bardzo dużej ilości danego produktu – uniezależnia to wytwarzanie leków od potencjalnych dawców i znacznie zmniejsza ich koszt. Wprowadzenie do niegroźnych organizmów genów powodujących wytwarzanie przez nie białek patogenów umożliwia tworzenie bezpiecznych szczepionek. Stworzenia modyfikowane mają też duże znaczenie dla badań naukowych, na przykład na odpowiednio genetycznie „podrasowanych” myszach bada się przebieg i możliwości leczenia białaczki.
Ostatnie lata przyniosły w inżynierii genetycznej małą rewolucję, jaką jest metoda CRISPR/Cas9. Polega ona na użyciu enzymów bakteryjnych do bardzo precyzyjnej modyfikacji genów w danej komórce. W 2013 roku grupa amerykańskich (a jakżeby inaczej) naukowców dokonała dzięki tej metodzie wyłączenia pięciu genów myszy naraz, przy czym wydajność takiego procesu okazała się jak na warunki biologii całkiem spora, wynosząc 80%. W roku 2017 roku z kolei międzynarodowa grupa naukowców otrzymała bakterie z wszczepioną od podstaw zaprojektowaną przez człowieka sekwencją genów. Jest to o tyle istotne, że do tej pory geny były głównie przenoszone pomiędzy gatunkami i nie istniała wygodna metoda wprowadzenia autorskiej sekwencji zasad.
MŁOT NA BAKTERIOFAGI
CRISPR jest nazwą odkrytych w latach 80. u bakterii E. Coli powtarzających się sekwencji nukleotydów, które – jak zauważono 20 lat później – odpowiadają fragmentom materiału genetycznego bakteriofagów. Bakteriofagi z kolei są wirusami atakującymi bakterie i powodującymi u nich choroby, a nawet śmierć. Dzięki obecności molekularnych sygnatur mikroby mogą bardzo łatwo zidentyfikować patogen, który chce je zainfekować, a potem za pomocą odpowiednich enzymów pociąć jego DNA (czy też, w przypadku dużej części wirusów, RNA – rodzaj cząsteczki bardzo podobnej swoją budową do DNA).
To właśnie zdolności do precyzyjnej identyfikacji fragmentów DNA i cięcia ich jak nożycami przesądzają o prostocie i skuteczności metody CRISPR/Cas9.
Najbardziej cyberpunkowo brzmią jednak dokonania chińskich naukowców, którzy – jak ogłosili w 2018 roku – doprowadzili do narodzin pierwszych modyfikowanych genetycznie dzieci. Byli to potomkowie ośmiu par ochotników, w których ojcowie byli nosicielami HIV. Dzięki modyfikacji dokonanej metodą CRISPR/Cas9 dzieci miałyby być całkowicie odporne na wirusa. Niestety, z uwagi na kontrowersje, jakie narosły wokół tych badań (odcięła się od nich nawet uczelnia, gdzie pracowali naukowcy), ich uczestnicy nie są publicznie znani, a cała procedura objęta została tajemnicą, co z kolei sprawia, że autentyczność tego przedsięwzięcia poddawana jest w wątpliwość.