A génszerkesztés egy teljes fajt megváltoztathat – mindörökre

A CRISPR önző gének lehetővé teszik a kutatóknak, hogy módosítsák a DNS-szekvenciákat, és garantálják, hogy a szerkesztett genetikai tulajdonságot a következő nemzedékek örököljék. Ez megadja a lehetőséget, hogy teljes fajok mindörökre megváltozzanak. A technológia kérdéseket vet föl: hogyan fog ez az új képesség hatást gyakorolni az emberiségre? Mit használunk majd a változtatáshoz? Istenek lettünk? Jennifer Kahn újságíróval együtt latolgassuk csak e dilemmákat, és vizsgáljuk meg az önző gének jövőbeni hatékony alkalmazását: a maláriának ellenálló szúnyogok kifejlesztését, ami kiütheti ezt a betegséget és a Zika-vírust.

Előadásom témája az önző gén,

de előbb elmesélek egy rövid történetet.

20 éve Anthony James biológust
megszállta a gondolat,

hogy olyan szúnyogokat állítson elő,

amelyek nem terjesztik a maláriát.

Ragyogó ötlet volt,
és szinte teljes kudarc.

Egyfelől, kiderült, hogy elég nehéz

maláriának ellenálló szúnyogot létrehozni.

Jamesnek idővel
– csak pár éve – ez úgy sikerült,

hogy a maláriaélősködők
életben maradását

akadályozó géneket
juttatott be a szúnyogba.

De ebből egy másik gond keletkezett.

Most, hogy megvolt
a maláriának ellenálló szúnyog,

hogyan érhetjük el, hogy a maláriahordozó
szúnyog helyébe lépjen?

Több lehetőség van rá.

Az A terv szerint kitenyésztünk egy csomó,

génsebészetileg létrehozott új szúnyogot,

szabadon engedjük őket,

s reménykedünk,
hogy génjeiket továbbadják.

Az volt a bökkenő, hogy ennek elérésére

a meglévőknél pont tízszer több
szúnyogot kellene szabadon engedni.

A faluban meglévő 10 000 szúnyog mellé

még százezret kiengedni?

Képzelhetik,

hogy a falusiaknak nagyon
nem tetszett a stratégia.

(Nevetés)

Aztán, 2015 januárjában
Anthony James kapott egy emailt

Ethan Bier biológustól.

Bier azt írta, hogy ő
és Valentino Gantz, a végzős diákja

rábukkant egy eszközre,
amely nemcsak azt garantálja,

hogy egy bizonyos genetikai
jellegzetesség öröklődjön,

hanem elképesztő gyorsaságú terjedését is.

Ha igazuk van, a probléma,

amelyen ő és James már 20 éve dolgoznak,
meg van oldva.

Ellenőrzésként két szúnyogba bejuttatták
a maláriaellenes gént,

és az új eszközt, az önző gént is.

Az önző gént rögtön elmagyarázom.

Úgy intézték, hogy bármely szúnyog,

amely maláriaellenes gént örökölt,

nem fehér szemű, mint rendesen,
hanem vörös szemű lett.

Ezt főként kényelmi szempontból tették,

hogy ránézésre el tudják dönteni,
melyik milyen.

Fogtak tehát két vörös szemű
maláriaellenes szúnyogot,

berakták őket egy dobozba
másik 30, fehér szemű mellé,

s hagyták őket szaporodni.

Két nemzedék alatt ezek
3800 unokát hoztak létre.

De nem ez a meglepő!

A meglepő rész a következő:

feltéve, hogy csak
két vörös szemű szúnyoggal

s 30 fehér szeművel kezdtünk,

többségében fehér szemű
utódokra számítanának.

Mikor James kinyitotta a dobozt,

mind a 3800 szúnyog vörös szemű volt.

Amikor Ethan Biert erről kérdeztem,

olyan izgatott lett, hogy úgyszólván
üvöltözött a telefonba.

Azért, mert ha csak
vörös szemű szúnyogunk van,

ez kikezdi a mendeli öröklési szabályokat,

azaz a biológia talpkövét.

Dióhéjban a lényeg.

A mendeli genetika szerint
amikor a hím s a nőstény párosodik,

az utód mindkét szülője
DNS-ének felét örökli.

Tehát, ha eredeti szúnyogunk aa volt,
és az új szúnyogunk aB,

ahol B a maláriaellenes gén,

az utódok négyféle
permutációja lehetséges:

aa, aB, aa, Ba.

Az új önző génnel ezek helyett

valamennyi aB lesz.

Biológiailag ez nem történhetne meg.

Hát akkor mi történt?

Először is, az történt,

hogy 2012-ben megjelent
a CRISPR nevű génszerkesztő eszköz.

Talán önök közül sokan hallottak róla,

így elég annyit mondanom,
hogy a CRISPR-rel a kutatók könnyen,

nagyon pontosan és gyorsan
szerkeszthetik a géneket.

Ezt úgy éri el, hogy igába fogja
a baktériumokban már létező mechanizmust.

Az olló szerepét egy fehérje játssza,

ez vágja el a DNS-t,

az ollót pedig egy RNS-molekula irányítja

a genom általunk kívánt pontjára.

Az eredmény: a génekre szabott
szövegszerkesztő.

Egy teljes gént kivehetünk, betehetünk,

vagy a gén egy betűjét is szerkeszthetjük.

Ezt majdnem minden fajnál megtehetjük.

Korábban már mondtam,
hogy az önző génekkel eleve két gond van.

Az első, hogy nehéz
megbütykölni a szúnyogot,

hogy malária-ellenálló legyen.

A CRISPR-nek hála, ez mára megoldódott.

De a másik gond logisztikai jellegű.

Hogy terjeszthetők el a tulajdonságok?

Itt jön a csavar.

Pár éve Kevin Esvelt harvardi biológus

azon agyalt, hogy mi lenne,

ha a CRISPR nemcsak
az új gént juttatná be,

hanem a vágást és beillesztést
végző mechanizmust is.

Más szavakkal: mi lenne, ha a CRISPR
saját magát is lemásolná és beillesztené?

Ez lenne a génszerkesztés örökmozgója.

Így is történt.

Az Esvelt által létrehozott
önző CRISPR-gén

nemcsak azt garantálja,
hogy a tulajdonság továbbadódjon,

hanem ha ezt csíravonal sejtekben
alkalmazzuk,

akkor ez automatikusan másolja
és beilleszti

az új gént minden egyed
mindkét kromoszómájába.

Ez olyan, mint az általános
keresés + csere,

vagy tudományosan: a heterozigótás
tulajdonság homozigótás lesz.

Mit jelent ez?

Először is azt, hogy van
egy nagyon hatékony,

ám elég hátborzongató új eszközünk.

Mostanáig az, hogy az önző gének
nemigen működnek,

valahogy megnyugtatólag hatott.

Amikor belepiszkálunk
egy szervezet génjeibe,

evolúció szempontjából
kevésbé rátermett lesz.

Úgyhogy a biológusok
bármilyen muslicát gond nélkül

elő tudnak állítani.

Ha valamelyik kiszabadulna,
a természetes kiválasztódás végez vele.

Az önző gén esetében
az a lényeges és ijesztő,

hogy ez már mind nem igaz.

Tegyük föl: a kérdéses tulajdonság
nem hátrányos evolúciós szempontból,

mint pl. ha egy szúnyog
röpülésre képtelen.

A CRISPR-alapú önző gén könyörtelenül
terjeszteni fogja a változást,

mindaddig, amíg a populáció
minden egyedében meg nem jelenik.

Nem könnyű ilyen hatékonyan
működő önző gént csinálni,

de James és Esvelt szerint ez megoldható.

A jó hír, hogy ez utat nyit
egy pár figyelemre méltó dolog felé.

Ha maláriaellenes önző gént juttatunk

Anopheles szúnyogok csupán 1%-ába,

a maláriaterjesztő szúnyogfajba,

akkor az az egész populációban
egy év alatt elterjed – állítják kutatók.

Egy év alatt fölszámolhatnánk a maláriát.

A gyakorlati megvalósítástól
még évekre vagyunk,

de naponta 1000 gyerek
hal bele a maláriába.

Egy év alatt e számot
kb. nullára vihetnénk le!

Ugyanez áll a dengue-lázra,
sárgalázra és a chikungunya-lázra.

A helyzet javul.

Mondjuk, meg akarunk szabadulni
egy invazív fajtól,

pl. a Nagy-tavakban élő ázsiai pontytól.

Csak rá kell szabadítanunk az önző gént,

ennek hatására a halnak
csak hím utódai lesznek.

Néhány nemzedék múlva
nem lesznek nőstények, a hal kipusztul.

Elméletileg helyreállíthatunk
több száz őshonos fajt,

amelyeket a kipusztulás fenyeget.

Ez volt a jó hír.

Most jön a rossz hír.

Az önző gén olyan hatékony,

hogy még a véletlen elszabadulása is
egy teljes fajt megváltoztathat,

s gyakran igen gyorsan.

Anthony James nagyon elővigyázatos volt.

Szúnyogjait biológiailag zárt
laborban tenyésztette,

és az USA-ban nem őshonos fajt használt,

s ha néhányuk mégis kiszabadulna,

kihalnának, mert nem lenne
kivel párzaniuk.

De az is igaz, hogy ha egy tucat
"önző hímgénű" ázsiai ponty

a Nagy-tavakból véletlenül
visszajutna Ázsiába,

kipusztíthatnák az őshonos populációt.

Ez nem is olyan valószínűtlen,
hiszen világunk egy nagy falu.

Ezért jelentenek gondot az invazív fajok.

Mint az a hal.

A szúnyogokat, muslicákat
és hozzájuk hasonlókat

nem tudjuk láncra verni.

Folyton átkelnek a határon és a tengeren.

A másik rossz hír,

hogy az önző gén lehet,

hogy nem korlátozódik az ún. célfajokra.

Ez a génáramlás miatt áll elő,

ami aranyos kifejezés arra,
hogy a közeli fajok néha

egymás közt is párzanak.

Ekkor lehet, hogy az önző gén átjut,

ahogy az ázsiai ponty
megfertőzhet más pontyfajtákat.

Ez nem okoz zűrt, ha a szemszínhez
hasonló tulajdonságról van szó.

Jó esélyünk van rá, hogy a közeljövőben

nagyon fura muslicákkal találkozzunk.

De katasztrófa lenne,

ha az önző génünk
egész fajokat tüntetne el.

Még egy aggasztó dolog:
az erre szolgáló technológia,

hogy génsebészettel önző gént
juttassanak be egy szervezetbe,

a világ bármely laborjában kivitelezhető.

Egy diák is meg tudja tenni.

Némi fölszereléssel
egy tehetséges gimnazista is.

Sejtem, hogy ez elég rémisztően hangzik.

(Nevetés)

Bár érdekes, hogy akármelyik
tudóssal beszélek is,

az önző gént nem tartják annyira
ijesztőnek vagy veszélyesnek.

Részben, mert alkalmazásuk során
szerintük a kutatók

nagyon felelősségteljesek
és óvatosak lesznek.

(Nevetés)

Mostanáig ez igaz volt.

De az önző géneknek megvannak a korlátaik.

Az egyik, hogy csak az ivarosan
szaporodó fajokban működnek.

Hála istennek, vírusok és baktériumok
alakítására nem használhatók.

A tulajdonság csak az egymást
követő nemzedékekben terjed.

Egy populációt megváltoztatni

vagy eltüntetni csak akkor célszerű,
ha a fajnak rövid a szaporodási ciklusa,

mint a rovaroké vagy kis gerinceseké,
pl. egereké, halaké.

Elefántok vagy emberek esetén
évszázadokig tartana,

míg egy tulajdonság
észlelhetően elterjedne.

Még a CRISPR-rel sem könnyű
egy pusztító tulajdonságot betuszkolni.

Pl. szeretnénk, ha a rohadt
gyümölcsön élő légy

az egészséges gyümölcsöt enné azért,

hogy tönkretegyük az USA mezőgazdaságát.

Ehhez először rá kellene jönnünk,

mely gének szabályozzák a légy étrendjét;

ez nagyon hosszú és bonyolult feladat.

Majd módosítanunk kellene őket,
hogy a kívánt módon

változzon a légy viselkedése.

Ez még hosszabb és bonyolultabb lecke.

De esetleg nem is válik be,

mert a viselkedést szabályzó
gének bonyolultak.

Ha egy terroristának választania kell

egy többéves kimerítő, sziszifuszi

és esetleg kudarccal végződő
alapkutatási program

és egy robbantás között,

nyilván az utóbbit választaná.

Ez nagyon igaz,
mert – legalábbis elméletileg –

elég könnyű összehozni
egy ún. visszafordító önző gént.

Ez olyan, amely átírja az első
önző gén által létrehozott változást.

Ha nem tetszik a változás hatása,

útjára bocsáthatjuk a második gént,
amely kioltja az elsőt

– legalábbis elvileg.

Hol tartunk most?

Képesek vagyunk szándékosan
megváltoztatni teljes fajokat.

Muszáj?

Istenek vagyunk?

Nem hinném.

Inkább ezt mondom:

először is, egy pár okos ember

már most is az önző gén
megrendszabályozásáról vitázik.

Ezzel egy időben más igen okos emberek

szorgalmasan dolgoznak a biztonságon,

pl. az önszabályzó önző géneken,
vagy amelyek pár nemzedék után kimerülnek.

Ez ragyogó.

De ez a technológia
nem nélkülözheti a párbeszédet,

amely – mert az önző gén nem ismer

határokat –, globálisnak kell lennie.

Mi van, ha Kenya használni akar
egy gént, de Tanzánia nem?

Ki dönti el, hogy kibocsássunk-e
egy repülő önző gént?

Nem tudom a választ.

Csak előre haladhatunk,

és becsületesen kell szólnunk
a kockázatokról s előnyökről,

és viselnünk kell döntésünkért
a felelősséget.

Nemcsak az önző gén használatáért,

hanem a használat elmulasztásáért is.

Az emberiség hajlamos azt hinni,
hogy a legbiztonságosabb esély

a status quo megőrzése.

De nem mindig ez a helyzet.

Az önző gének kockázatot hordoznak,
és azt meg kell vitatni,

de a malária ma jelen van,
és naponta ezren halnak bele.

Úgy küzdünk ellene, hogy rovarirtót
permetezünk szét, amely más fajokat,

pl. kétéltűeket s madarakat károsít.

Ezért ha az önző gének
a közeljövőben szóba kerülnek,

s higgyék el, szóba kerülnek,

jussanak eszükbe a mondottak.

Lehet, hogy a cselekvés ijesztő,

de néha a tétlenség a rosszabb.

(Taps)