Editácia génov teraz môže zmeniť celý živočíšny druh – navždy

Genetické nástroje zaručujúce dedičnosť určitých génov, tzv. gene drives, spojené s využitím systému CRISPR sú technológiou, ktorá umožňuje vedcom zmeniť sekvencie DNA a zaručiť, že výsledné zmenené genetické znaky zdedia aj nasledujúce generácie, čo prináša možnosť zmeniť celé druhy a to navždy. Viac ako čokoľvek iné, táto technológia podnietila nasledujúce otázky: Ako táto nová moc ovplyvní ľudstvo? Čo s jej pomocou zmeníme? Sme teraz bohovia? Pridajte sa k novinárke Jennifer Kahn, ktorá sa zamýšľa nad týmito otázkami a podelí sa s vami o potenciálne významnú aplikáciu tejto technológie, ktorou je vývoj komárov, ktoré by neprenášali choroby, čím by sme sa mohli zbaviť malárie a vírusu zika.

Budem hovoriť o genetických
nástrojoch, tzv. gene drives,

ale najprv vám poviem krátky príbeh.

Pred 20 rokmi bol biológ Anthony James
priam posadnutý myšlienkou,

že vytvorí komáre,
ktoré nebudú prenášať maláriu.

Bol to úžasný nápad,
ktorý v podstate skončil fiaskom.

Ako prvé sa ukázalo, že vytvoriť komára
s rezistenciou na maláriu bolo ťažké.

Jamesovi sa to napokon
pred pár rokmi podarilo tak,

že do genómu pridal gény spôsobujúce,

že parazit malárie
nedokázal v komárovi prežiť.

Hneď však vznikol druhý problém.

Keď už máte komára
s rezistenciou na maláriu,

ako dosiahnete, aby nahradil
všetky komáre, ktoré ju prenášajú?

Existuje pár možností,

ale plán A bol vyšľachtiť skupinu nových
geneticky modifikovaných komárov,

vypustiť ich do prírody a dúfať,
že predajú svoje gény budúcim generáciám.

Na to, aby tento plán uspel,

by však ich počet musel desaťnásobne
presahovať počet voľne žijúcich komárov.

Takže v dedine s 10 000 komármi,
by ste museli vypustiť ďalších 100 000.

Asi uhádnete, že táto stratégia
nebola u miestnych veľmi obľúbená.

(smiech)

Minulý rok v januári dostal Anthony James
mail od biológa Ethana Biera.

Bier mu písal, že spolu so študentom
Valentinom Gantzom našli nástroj,

ktorý by nielenže zaručil zdedenie
určitého genetického znaku,

ale aj to, aby sa
neuveriteľne rýchlo rozšíril.

Ak by mali pravdu, vyriešili by problém,
na ktorom James pracoval už 20 rokov.

Otestovali to tak, že vytvorili 2 komáre,
ktoré niesli gén rezistencie na maláriu

a zároveň použili nový nástroj,
o ktorom vám o chvíľu poviem viac.

Nakoniec sa postarali o to, aby všetky
komáre, ktoré zdedia gén proti malárii,

nemali obyčajné biele oči,
ale aby ich mali červené.

To, aby bolo už na prvý pohľad
ľahké povedať, ktorý komár je ktorý.

2 červenooké komáre neprenášajúce maláriu

zavreli do nádoby s 30 obyčajnými
bielookými komármi,

aby sa množili.

Za dve generácie mali 3 800 vnúčeniec.

To nebolo prekvapujúce.

Prekvapujúce bolo,

že keďže ste začali s 2 červenookými
a 30 bielookými komármi,

očakávali by ste väčšinou
bielookých potomkov.

Namiesto toho, ako James
zistil, keď otvoril nádobu,

malo všetkých 3 800 komárov červené oči.

Keď som sa ho na to opýtala,
od nadšenia začal kričať do telefónu.

To, že všetky komáre mali červené oči,

totiž úplne porušilo základné pravidlo
v biológii – mendelistickú dedičnosť.

Rýchlo to vysvetlím.

Podľa mendelistickej dedičnosti zdedí po
párení samca a samičky ich potomok

od každého rodiča polovicu DNA.

Takže ak by nemodifikovaný komár
bol aa a modifikovaný bol aB,

kde B je gén rezistencie,

ich potomkovia mali existovať v štyroch
permutáciách: aa, aB, aa, Ba.

Namiesto toho boli všetky komáre
vďaka novej technológii aB.

Z biologického hľadiska
by to nemalo byť možné.

Čo sa teda stalo?

To prvé bol objav nástroja na editáciu
génov známeho ako CRISPR v roku 2012.

Mnohí z vás už o ňom asi počuli,
takže len v krátkosti poviem,

že CRISPR umožňuje vedcom veľmi precízne,
jednoducho a rýchlo editovať gény.

Využíva na to mechanizmus,
ktorý prirodzene existuje v baktériách.

Ide o systém zložený z proteínu
fungujúceho ako nožnice strihajúce DNA,

a z molekuly RNA, ktorá ich namieri
na akékoľvek žiadané miesto v genóme.

Výsledkom je akýsi
textový editor pre gény.

Dá sa použiť na odstránenie
génu, vloženie génu

alebo zmenu jedného písmena v rámci génu.

Dá sa použiť pri takmer
všetkých živočíšnych druhoch.

Spomínate si, že Jamesova technológia
mala pôvodne dva problémy?

Po prvé, bolo ťažké vytvoriť komára
s rezistenciou na maláriu.

Vďaka CRISPR to už vlastne nie je problém.

Druhý problém sa týkal logistiky.

Ako rozšíriť želaný znak v populácii?

Tu prišiel dômyselný nápad.

Pred pár rokmi uvažoval harvardský biológ
Kevin Esvelt o tom, čo by sa stalo,

keby CRISPR nevnášal len nový gén,

ale aj nástroj na štiepenie a vkladanie.

Inými slovami, čo by sa stalo, keby
CRISPR sám seba kopíroval a vkladal.

Dostali by ste perpetum mobile
na úpravu génov.

A presne to sa aj stalo.

Esvelt upravil CRISPR tak, aby nielenže
zaručil dedičnosť určitých génov,

ale pri použití v zárodočných bunkách
automaticky kopíroval a vkladal nový gén

do oboch chromozómov každého jednotlivca.

Je to ako globálna
funkcia „hľadať a nahradiť“,

alebo odborne povedané z heterozygotného
jedinca sa stáva homozygotný.

Čo z tohto vyplýva?

Okrem iného to,
že máme nový veľmi výkonný,

ale aj dosť znepokojujúci,
genetický nástroj.

Dosiaľ nám tak trochu odľahlo pri počutí,
že takéto niečo veľmi dobre nefungovalo.

Keď sa babreme v génoch
nejakého organizmu,

zvyčajne zhoršíme jeho šancu na evolúciu.

Biológovia si pokojne môžu vyrobiť toľko
zmutovaných mušiek, koľko len chcú.

Ak niektoré uniknú, postará sa
o ne prirodzený výber.

Táto nová technológia je výnimočná,
výkonná a znepokojivá preto,

že v jej prípade to už neplatí.

Za predpokladu, že vaša zmena
nepovedie k veľkej evolučnej nevýhode,

napríklad, pri komároch
k strate schopnosti lietať,

bude táto technológia zmenu
nekompromisne rozširovať,

až kým nebude v každom
jednotlivcovi určitej populácie.

Vytvoriť dobre fungujúci
genetický nástroj nie je ľahké,

ale James a Esvelt si myslia,
že je to možné.

Dobrou správou je, že nám to otvára dvere
k niekoľkým pozoruhodnostiam.

Ak by ste modifikovali čo i len
1 % komárov rodu anopheles,

ktoré prenášajú maláriu,

výskumníci odhadujú, že táto zmena
by sa do roka rozšírila v celej populácii.

Takže do roka by ste mohli
prakticky eliminovať maláriu.

V praxi nám bude trvať ešte
pár rokov, kým to dokážeme,

ale nezabúdajme, že denne
zomrie na maláriu 1000 detí.

Do roka by to číslo mohlo byť rovné 0.

Plati to aj pre horúčku dengue,
ochorenie chikungunya a žltú zimnicu.

To lepšie ešte len príde.

Povedzme, že sa chcete
zbaviť invázneho druhu,

napríklad ázijského kapra
vo Veľkých kanadských jazerách.

Stačí urobiť len to, že ich geneticky
modifikujete tak, aby plodili len samce.

Stačí pár generácií a nebudú už žiadne
samičky, čo znamená koniec kaprov.

Teoreticky by sme mohli obnoviť
stovky pôvodných druhov,

ktoré boli vytlačené na pokraj.

Tak to boli dobré správy.

Teraz prídu tie zlé.

Táto technológia je taká efektívna,

že dokonca aj náhodný únik modifikovaného
jedinca by mohol zmeniť celý druh

a často veľmi rýchlo.

James urobil dobré preventívne opatrenia.

Komáre choval v zabezpečenom laboratóriu
a použil druh, ktorý nepochádzal z USA,

takže keby komáre unikli, proste by
vymreli, pretože by sa nemali s kým páriť.

Pravdou je však aj to, že ak by sa tucet
modifikovaných ázijských kaprov

náhodou dostal z Veľkých
kanadských jazier späť do Ázie,

mohli by potenciálne vyhubiť celú
domácu populáciu ázijských kaprov.

Náš svet je taký prepojený,
že to nie je nepravdepodobné.

Pre tú prepojenosť máme
problémy s inváznymi druhmi.

A to ide o ryby.

Pri komároch a ovocných muškách
sa nedá zabrániť ich šíreniu.

Neustále prechádzajú cez hranice a oceány.

Druhá zlá správa je,

že táto technológia nemusí zostať
obmedzená len na takzvaný cieľový druh.

Dôvodom je génový tok,

čo je nóbl spôsob, ako povedať,
že susediace druhy sa niekedy krížia.

Takto by sa medzi druhmi mohli
predať aj modifikované gény

a ázijský kapor by mohol
infikovať iný druh kapra.

Nebolo by to také zlé, ak by išlo
o znak ako je napríklad farba očí.

Je tu vlastne dosť dobrá šanca,

že v blízkej budúcnosti budeme vidieť
vlnu veľmi zvláštnych ovocných mušiek.

Ak by však vaša modifikácia mala za úlohu
vyhubiť celý druh, bola by to katastrofa.

Posledná znepokojujúca vec
na tejto technológii,

na takomto spôsobe genetickej
modifikácie organizmu, je to,

že ju dokáže urobiť v podstate
ktorékoľvek laboratórium na svete.

Dokáže to vysokoškolák.

Dokáže to talentovaný stredoškolák
so správnym laboratórnym vybavením.

Predpokladám, že to znie desivo.

(smiech)

Skoro žiadny z vedcov,
s ktorými som sa rozprávala,

nepovažoval túto technológiu za
až takú hrozivú alebo nebezpečnú.

Sčasti preto, že verili,

že vedci budú k jej využitiu pristupovať
veľmi opatrne a zodpovedne.

(smiech)

Zatiaľ majú pravdu.

Táto technológia má však
aj skutočné obmedzenia.

Okrem iného funguje len pri druhoch,
ktoré sa rozmnožujú sexuálne.

Vďakabohu ju nemôžeme použiť
pri modifikácii vírusov a baktérií.

Modifikácia sa navyše rozširuje
len s každou ďalšou generáciou.

Zmena alebo vyhubenie
nejakej populácie sú praktické,

iba ak má príslušný druh
rýchly reprodukčný cyklus,

ako ho má hmyz alebo malé
stavovce ako myši alebo ryby.

Pri slonoch a ľuďoch by trvalo storočia,
kým by sa znak dostatočne rozšíril.

Okrem toho ani s CRISPR nie je jednoduché
vytvoriť skutočne zničujúcu modifikáciu.

Možno by ste chceli vytvoriť ovocnú
mušku živiacu sa čerstvým ovocím

s cieľom sabotovať
americké poľnohospodárstvo.

Ako prvé by ste museli zistiť, ktoré gény
ovládajú to, čím sa chce muška živiť,

čo je veľmi dlhý a zložitý projekt.

Potom by ste ich museli zmeniť tak, aby
sa muška správala tak, ako to chcete vy,

čo je ešte dlhší a zložitejší projekt.

Navyše to možno nebude fungovať, pretože
gény ovládajúce správanie sú komplexné.

Čo by ste si ako terorista vybrali:
namáhavý nákladný výskumom,

ktorý si vyžaduje roky pedantnej práce
v laboratóriu s malou šancou na úspech,

alebo bombu?

Asi by ste si vybrali bombu.

Je to pravda hlavne preto,

že teoreticky by malo byť dosť jednoduché
vytvoriť modifikáciu s opačným účinkom.

Tá by v podstate prepísala
už vykonané zmeny.

Ak sa vám nepáčia následky
vykonanej zmeny,

môžete teoreticky vytvoriť druhú
modifikáciu, ktorá ich zruší.

Dobre, takže ako sme na tom?

Máme schopnosť ľubovoľne zmeniť celý druh.

Mali by sme to spraviť?

Sme teraz bohovia?

To by som asi netvrdila.

Povedala by som však toto:

po prvé, niektorí ľudia už teraz hovoria
o tom, ako regulovať túto technológiu.

Zároveň sú tu ľudia, ktorí tvrdo pracujú
na poistkách pre túto technológiu,

ako je samoregulácia alebo jej vytratenie
po niekoľkých generáciách.

To je skvelé.

Je však potrebné
o tejto technológii hovoriť.

Keď zoberieme do úvahy jej podstatu,
musí ísť o celosvetovú diskusiu.

Čo ak by ju Keňa chcela
použiť a Tanzánia nie?

Kto rozhodne o vypustení
modifikovaného druhu, ktorý vie lietať?

Na to vám neviem odpovedať.

Myslím si, že to čo môžeme urobiť,

je úprimne hovoriť o rizikách
a výhodách tejto technológie

a byť zodpovední za naše rozhodnutia.

Tým myslím nielen
rozhodnutie či ju použiť,

ale aj rozhodnutie nepoužiť ju.

Ľudia majú tendenciu predpokladať,

že to najbezpečnejšie
je zachovať status quo.

To však nie je vždy pravda.

Táto technológia má svoje riziká,
o ktorých sa musí hovoriť,

ale malária je aktuálny problém
a denne zabije 1 000 ľudí.

Snažíme sa s ňou bojovať pesticídami,

ktoré závažne poškodzujú aj iné druhy,
vrátane obojživelníkov a vtákov.

Keď budete počas nasledujúcich
mesiacov počuť o tejto technológii,

a verte mi, budete o nej počuť,
pamätajte na toto.

Môžeme sa báť niečo urobiť,

ale niekedy je horšie keď neurobíme nič.

(potlesk)