Nincsen túlélhető és fenntartható jövőnk tudomány nélkül, ahogy nekünk sincsen nélkületek. Támogasd a Qubit munkáját!
A kémiai Nobel-díj történetében 2020-ig nem fordult elő, hogy két nő kapja az elismerést. A francia Emmanuelle Charpentier és az amerikai Jennifer A. Doudna így történelmet írt, amikor a modern génszerkesztési eljárások, azon belül is a CRISPR/Cas9 kifejlesztéséért kiérdemelte az elismerést a múlt héten. A tudományos élet genderkérdésein túl a díj azonban rengeteg más, rejtett problémát is a felszínre hozott.
Mennyire korai az élő organizmusok génjeinek szerkesztésére használható eszköz elismerése, ha mindössze nyolc év telt el a CRISPR/Cas9 génszerkesztési eljárásról szóló, áttörést jelentő Science-publikáció óta, és ha egyelőre az eljárás potenciáljáról és a használata miatt felmerülő etikai problémákról több szó esik, mint a használatba vehető génszerkesztési metódusokról (mivel ezek még csak klinikai vizsgálatokban léteznek)? Melyiket kellene díjazni, az alapkutatást vagy az alkalmazott tudományt? Ki vigye el a pálmát, amikor az adott tudományos felfedezés körül hemzsegnek a szabadalmi perek, és nagy nevű egyetemek igyekeznek magukénak tudni a jövőt jelentő innovációt? És ha a Svéd Királyi Tudományos Akadémia összesen három kutatót díjazhat, ki maradt ki, ha párhuzamosan számos kutatócsoport és laboratórium is dolgozik a CRISPR/Cas9-technológián?
Siker, pénz, csillogás tudományos berkekben
Ezek közül a legérdekesebb a szabadalmak kérdése, egyrészt azért, mert a jogi huzavona visszafogja az innovációt, másrészt mert több millió dolláros befektetések forognak kockán, harmadrészt pedig mert a szakma tele van egymással versengő tudósokkal, nagynevű, pénzhajhász intézményekkel és cégekkel, sikerre vágyó emberi egókkal és a lojalitás soha véget nem érő dilemmáival.
Sőt az évek óta tartó jogi hercehurca miatt maguk a Nobel-díjak kiosztását figyelő szakértők sem tartották valószínűnek, hogy Charpentier és Doudna megkapnák a díjat, és az elismerés éppen akkor érkezett a két tudósnak, amikor a velük szemben álló, a Harvard és az MIT által alapított Broad Institute kezdett el nyerésre állni a „kinek tulajdonítható a CRISPR/Cas9 génszerkesztési technológia feltalálása” című, évek óta tartó viszálykodásban.
- októberi kép a kutatópárosról (bal oldalon Emmanuelle Charpentier, jobbra Jennnifer Doudna látható). Akkor VI. Fülöp királytól kapták meg a „spanyol Nobel-díjat”, azaz az Asztúria hercegnője kitüntetést.Fotó: MIGUEL RIOPA/AFP
A jogi vita középpontjában nagyon röviden az áll, hogy Doudna és Charpentier módszere már a kezdetektől emberi sejtekben is működhetett volna, és így övék az elsőség; vagy pedig nem, és akkor a Broad Institute égisze alatt dolgozó, egyfajta csodagyerekként számon tartott Feng Zhang, valamint a genetika rocksztárjának számító, öntörvényű George Church söpörhetné be a CRISPR/Cas9 szabadalmát.
Ahhoz, hogy megérthessük, hogy ez miért fontos, vissza kell mennünk egészen 1987-ig. Isino Josizumi japán molekuláris biológus és kollégái ugyanis ekkor fedeztek fel egy furcsa, palindromikus nyúlványt a gyakran vizsgált E.coli gyomorbaktérium DNS-láncában. Senki sem tudta elképzelni, mire szolgálhat.
Palindromikus ismétlődések és genetikai körözési fotók
2002-re a génszekvenálási technológiák olcsóbbá váltak, sokkal jobban elterjedtek, és kutatók szerte a világon a vizsgált baktériumok közel felében és a megszekvenált egysejtű archeák legtöbbjében megtalálták Isino ismétlődő szekvenciáit. Ekkorra már legalább ahhoz elegendő darabot összeraktak a kirakóból a tudósok, hogy Francisco Mojica, a spanyol Alicantei Egyetem kutatója és Ruud Jansen, a holland Utrechti Egyetem munkatársa elnevezzék az ismeretlen funkciójú DNS-szakaszokat, amelyek a CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), vagyis a halmozottan előforduló, szabályos közökkel elválasztott palindromikus ismétlődések nevet kapták.
Közel öt év múlva Eugene Koonin, az amerikai Országos Biotechnológiai Információs Központ kutatója vetette fel, hogy a furcsa DNS-szakasz funkciója valójában egy két részből álló bakteriális védekezési mechanizmus. Az első gyakorlatilag egy már legyőzött ellenségekből, például vírusokból álló „genetikai körözési fotóalbum”. Amikor egy baktériumnak sikerül felülkerekednie egy víruson, „kivág” a betolakodó genetikai örökítőanyagából egy darabot, és szépen elhelyezi ebben az albumban. Ezeket a genetikai körözési fotókat ismétlődő DNS-szakaszok választják el, amelyek oda-vissza ugyanúgy értelmezhetőek – ezek a palindromikus szakaszok adják a PR-t a CRISPR mozaikszóban.
A rendszer második komponensét úgy lehet a legegyszerűbben elképzelni, mint egy precíziós fegyvert. Minden egyes genetikai körözési fényképhez tartozik egy fehérje, amelyet CRISPR-associated, vagyis Cas-fehérjének neveztek el a tudósok. Ezek a Cas-proteinek a sejt belsejében cirkulálnak, és amikor a hozzájuk tartozó genetikai körözési fotónak megfelelő betolakodóra bukkannak, likvidálják.
2007-ben a bakteriális védekezési mechanizmus működését a Danisco nevű dán joghurtgyártó vállalat mikrobiológusának, Rodolphe Barrangou-nak és csapatának sikerült bizonyítania. Mivel a Danisco megélhetése nagyban függ attól, hogy baktériumok segítségével sikeresen varázsolnak-e joghurtot a tejből, Barrangou javasolta, hogy teszteljék le Koonin akkoriban provokatívnak számító CRISPR-elképzelését, vagyis azt, hogy ezek a DNS-szakaszok a baktériumok számára védekező rendszerként szolgálnak a vírusok ellen. Az ötlet bevált, és ennek eredményeként mára már a legtöbb joghurt és sajtgyártó CRISPR-szekvenciákat ad a baktériumkultúráihoz, hogy megvédje őket a vírusok elszaporodásától.
Charpentier és Doudna színre lép
A rendszer egyes részeinek felfedezése és a funkcióik megértése közel húsz évbe és rengeteg kutatómunkába telt. A Kaliforniai Egyetemen (Berkeley) elsősorban RNS-kutatással foglalkozó Doudna 2006-ban kezdett el dolgozni a CRISPR-rel, és 2011-ben az Amerikai Mikrobiológiai Társaság Puerto Rico-i ülésén találkozott Charpentier-vel, aki akkoriban Svédországban a Molekuláris Fertőző Betegségek Laboratóriumának munkatársaként tanulmányozta a Cas9 fehérje működését a húsevő baktériumként és torokgyulladásért felelős kórokozóként is ismert Streptococcus pyogenes baktériumban.
Miközben San Juan belvárosában sétálgattak, Charpentier meggyőzte Doudnát, hogy a Cas9 a hiányzó láncszem a történetben: ez a fehérje a felelős azért, hogy a DNS-szekvencia, amelyik eltárolja a legyőzött vírusok genetikai adatait, hatástalanítja őket, amikor megtalálja a vírusok eltárolt DNS-szekvenciáját. Minél többet tanulmányozta Doudna Charpentier CRISPR-Cas9 rendszerét, annál világosabbá vált számára, hogy a mechanizmus „rávehető” arra, hogy géneket szerkesszen. Bizonyos változtatásokkal génszerkesztési eszközzé alakította át a CRISPR-Cas9 mechanizmust, amely szavai szerint a tökéletes bakteriális fegyver: olyan, vírusokat kereső rakéta, amely gyorsan és hihetetlen pontossággal találja el célpontját.
Doudna és csapatának tagjai villámgyorsan megírták eredményeiket, és a kéziratot 2012 nyarán elküldték a Science folyóiratnak. Mivel a szerkesztők sejtették, hogy itt valami nagyszabású kutatásról van szó, gyorsított eljárásban, néhány nappal a beadást követően már publikálták is a tanulmányt. Ezzel egyidejűleg a Kaliforniai Egyetem Doudna nevében beadta szabadalmi kérvényét a CRISPR-Cas9 génszerkesztési eljárásra a bármilyen sejtszerű vagy nem sejtszerű környezetben. Ez utóbbi kitétel elsőre a sejtbiológia homousion/homoiusion vitájának tűnhet, a későbbiekben viszont nagyon is fontossá vált.