Pentru oricine nu este încă familiarizat cu CRISPR (Scurte Repetiții Palindrom lntercalate în Mod Regulat), explicația pe scurt este următoarea: în ultimii patru ani, cercetătorii au descoperit o metodă prin care să exploateze o caracteristică a sistemelor imunitare ale bacteriilor pentru a edita genele altor organisme – vegetale și animale (inclusiv oameni). Prin instrumentul CRISPR, acest „bricolaj” genetic se poate efectua acum rapid și ieftin, într-un interval de zile și nu în săptămâni sau luni, așa cum se întâmplă în cazul altor instrumente, mai vechi, cu același scop.
Altfel spus, noua tehnologie le permite specialiștilor să determine care gene sunt exprimate în ADN-urile plantelor, animalelor și chiar oamenilor. Reprezintă, de asemenea, abilitatea de a șterge caracteristici nedorite și, eventual, de a adăuga altele, cu o precizie fără precedent. Specialiștii se află într-un punct în care pot investiga diferite combinații de gene, pot controla când, unde și cât sunt ele exprimate, precum și investiga rolurile bazelor individuale de ADN.
Înțelegerea modului în care funcționează secvențele ADN este ceea ce le poate permite geneticienilor să rezolve probleme în toate sferele biologiei, de la vindecarea bolilor umane până la cultivarea de suficientă hrană sănătoasă, descoperirea și producția de noi medicamente și înțelegerea motivului dispariției unor specii.
Sigur că, atunci când vine vorba despre editare genetică, mulți se gândesc și la modificarea embrionilor umani – adică bebeluși cu ADN alterat, care să aibă trăsături dezirabile precum inteligență și statură atletică (cam ca în filmul science-fiction de acum 20 de ani, „Gattaca”). Dar, dincolo de implicațiile etice ale unei astfel de „inginerii”, specialiștii spun că ea este și extrem de complicată.
Cu peste trei miliarde de perechi de baze ale ADN-ului, genomul uman este atât de consistent, încât realizarea unor modificări complexe reprezintă o adevărată provocare chiar și cu un instrument sofisticat așa cum este CRISPR. Probabil că vor mai trece mulți ani până când astfel de intervenții să poată fi posibile și permise, fie și numai experimental. Altfel spus, pentru moment, bebelușii „personalizați” sunt doar un gând îndepărtat.
Și, totuși, la ce ar trebui să ne așteptăm că va servi concret și aplicat CRISPR în viitorul apropiat? Haideți să vedem câteva direcții plauzibile!
Înțelegerea funcțiilor anumitor gene
Deși cercetătorii au secvențiat genoame complete ale unor organisme precum porumbul, șoarecii și chiar oamenii, mai sunt încă multe de învățat despre ce fac efectiv acele gene – care anume sunt responsabile de diverse trăsături, boli etc. Rezolvarea acestei necunoscute este foarte dificilă, iar CRISPR are potențialul de a schimba asta. Prin înlăturarea anumitor gene și observarea efectelor, tehnologia îi poate ajuta pe cercetători să înțeleagă mult mai bine diferitele genoame și ce spun anumite secvențe ADN despre comportamentele diverselor organisme.
Un caz de mare interes în acest sens îl reprezintă plantele ce revin la viață, care pot intra într-o stare vecină cu sucombarea în timpul secetei extreme, doar pentru a reînvia odată cu revenirea sezonului ploios. Prin CRISPR, specialiștii ar putea să descifreze mecanismul de funcționare al acestor plante și chiar să verifice dacă editarea genetică le poate permite și culturilor agricole să manifeste această abilitate.
Modificarea genetică a plantelor pentru a asigura necesarul de hrană
Se estimează că în anul 2050 vom fi peste nouă miliarde de suflete pe Pământ. Oricât de cinic ar suna, asta înseamnă tot atâtea guri de hrănit și stomacuri de umplut. Adică ne trebuie o producție mai mare de alimente, rapid. O abordare posibilă ar fi modificarea culturilor astfel încât să fie mai rezistente la buruieni, dăunători și secetă, totodată crescând accelerat. Deja, într-un laborator al Universității din Minnesota se lucrează la dezvoltarea unor metode de folosire CRISPR pentru modificări specifice ale genoamelor plantelor.
Concret, se încearcă obținerea unor varietăți de manioc pentru fermierii mici din Africa, dar și îmbunătățirea eficienței fotosintezei la orez. Plantele precum orezul, cartofii și maniocul – hrană de bază în majoritatea țărilor aflate în curs de dezvoltare – au ritm lent de fotosinteză în mediile fierbinți. Dacă cercetătorii își vor da seama cum să accelereze acest proces la orez, recoltele ar putea crește dramatic.
Identificarea posibilelor tratamente anti-Alzheimer și anti-cancer
Martin Kampmann, biolog specializat în celule în cadrul Institutului de Boli Neuro-Degenerative la Universitatea din California, a dezvoltat împreună cu echipa sa, o platformă pe baza instrumentului CRISPR, cu ajutorul căreia se pot identifica genele care controlează procesele ce stau Ia baza unor maladii psihice precum Alzheimer și Parkinson. Scopul final este acela de a identifica noi strategii pentru dezvoltarea tratamentelor. Mai ales că, în prezent, nu există terapii de încetinire a progresului acestor boli devastatoare.
De asemenea, cercetătorii explorează deja modul în care CRISPR ar putea fi folosit pentru tratarea diverselor tipuri de cancer. O echipă de la Universitatea din Pennsylvania a primit aprobarea pentru un experiment clinic restrâns în 2017, care presupune recoltarea de celule imunitare de la 18 pacienți și folosirea CRISPR pentru a le modifica astfel încât să devină mai eficiente în identificarea și distrugerea celulelor canceroase. Apoi, aceste celule sunt transplantate în pacienți pentru a vedea cum se comportă. lar acesta e numai începutul.
La Universitatea din California se investighează folosirea CRISPR pentru a crea supresoare mai sigure și mai eficiente împotriva tumorilor cauzate de „greșeli” ale ADN-ului. Dar, mai înainte de asta, specialiștii de acolo trebuie să evalueze modul în care fiecare genă din genom dictează sensibilitatea celulelor canceroase la noile medicamente anti-cancer, pentru a ști care funcționează mai bine.
Reducerea dependenței noastre de hidrocarburi
Momentan, umanitatea se bazează pe moleculele de hidrocarbură din combustibilii fosili pentru a crea materiale precum plasticul. Dar CRISPR ar putea schimba și acest aspect al civilizației noastre. O echipă de la Universitatea din California Riverside a cercetat posibilități de folosire a instrumentului CRISPR pentru a manipula și controla o specie de drojdie capabilă să transforme zaharurile în hidrocarburi.
Se speră la obținerea unei drojdii modificate prin care să se creeze materia primă necesară pentru anumiți polimeri, adezivi și esteri – în locul folosirii proceselor ineficiente și poluante pe bază de petrol. Mai departe, acest proces ar putea fi folosit pentru producția de biocombustibili pentru vehicule. lar acesta este numai un singur proiect.
Alți cercetători speră ca drojdia modificată prin CRISPR să ne ajute să reducem dependența de substanțe petrochimice într-o varietate de domenii. Ignition Genomics este o companie privată de biotehnologie din San Francisco ai cărei specialiști consideră că tot ce poate fi polimerizat pentru a face plastic – acid succinic, fumaric și acizi malici – este în topul listei încercărilor lor de a realiza acest lucru prin manipulare genetică.
Crearea de medicamente și vaccinuri din plante
Producătorii de farmaceutice folosesc tot soiul de sisteme pentru a produce medicamente și vaccinuri, inclusiv bacterii, drojdii și celule de mamifere. Recent, s-au axat în special pe transformarea plantelor și a celulelor plantelor în uzine pentru metaboliți și proteine. Plantele funcționează bine în această industrie pentru să sunt rezistente, ieftine și cu un risc redus de contaminare cu toxine și patogeni.
Acest mecanism are denumirea de „molecular pharming”. CRISPR poate fi util în acest sens pentru introducerea precisă a anumitor gene în plante și pentru înțelegerea modului în care genele plantelor sunt reglate, cum răspund la molecule străine și cum îsi repară ADN-ul. La Institutul Earlham, din UK, cercetătorii au dezvoltat deja plante capabile să susțină terapii și vaccinuri umane care sunt în prezent foarte dificil de obținut prin metode clasice.
Distrugerea virusurilor precum HIV, herpes și hepatită
În timp ce cercetătorii au ajuns deja departe în încercarea de a dezvolta tratamente pentru HIV, herpes, hepatită și virusul papiloma uman (HPV), acestea din urmă încă mai îmbolnăvesc populația și nu pot fi complet vindecate. Cercetătorii de la Centrul Medical Duke susțin că CRISPR poate fi folosit pentru a lua în colimator și a distruge ADN-urile acestor virusuri persistente în moduri care le-au fost inaccesibile până acum medicilor.
CRISPR se referă la o secvență ADN specifică repetitivă extrasă dintr-un procariot organism monocelular, precum bacteria care se combină cu o enzimă coordonată de ARN-ul celular, denumită Cas9. Astfel, dacă se dorește editarea ADN-ului unui virus dintr-o celulă umană, este necesară introducerea unei bacterii în aceasta, intersectarea ei cu virusul și producerea unei spire de ARN identică cu secvența ADN-ului viral.
Acest ARN va atrage enzima Cas9 și împreună vor căuta amprenta virusului potrivit. Odată localizat acesta, Cas9 îl decupează și îl distruge. Folosind exact această tehnică, specialiștii de la Universitatea Temple, din Philadelphia, au reușit să elimine ADN-ul de HIV-1 din genoamele celulelor T umane într-o cultură de laborator. lar când au fost expuse, mai târziu, virusului, celulele au fost protejate de reinfectare.
Deși tehnici de editare genetică au mai fost testate în privința HIV, este prima oară când cercetătorii au reușit să prevină reinfectarea ulterioară printr-o nouă expunere la virus, ceea ce este crucial pentru succesul unui tratament menit să ofere o mai bună protecție decât actualele medicamente antiretrovirale. În cazul lor, odată ce pacienții încetează să-și mai administreze medicația, HIV-ul ia din nou cu asalt celulele T. Mai sunt multe teste de făcut, dar rezultatul actual este foarte promițător.
