En nia magazino, temas pri la revolucia teknologio CRISPR, kiu ebligas al la homaro reskribi la kodon de la vivo mem.

La rakonto de CRISPR ne komenciĝis en moderna genetika laboratorio kun la celo genredakti homajn embriojn, sed prefere kiel kuriozaĵo en la mikroskopa mondo de bakterioj. Ĉio komenciĝis en mil naŭ cent okdek sep, kiam la japana molekula biologo Yoshizumi Ishino kaj lia teamo ĉe la Universitato de Osako sekvencis genojn de la bakterio e ko-li. Ili rimarkis ion tre nekutiman: serion de ripetiĝantaj sekvencoj de do no a, kiuj estis apartigitaj de unikaj, nerepetiĝantaj segmentoj. Tiutempe, la scienca mondo ne komprenis la signifon de tio. La sekvencoj estis dudek naŭ bazaj paroj longaj, kaj la teamo de Ishino publikigis siajn trovojn, sed la mistero restis nesolvita dum jaroj, kvazaŭ nelegita ĉapitro en la libro de la vivo.

Pasos ses jaroj ĝis kiam alia sciencisto denove fokusiĝos pri ĉi tiuj strangaj ripetoj. En mil naŭ cent naŭdek tri, Francisco Mojica, mikrobiologo ĉe la Universitato de Alakanto en Hispanio, komencis studon pri la arkeo Haloferax mediterranei. Li pasigis jarojn studante ĉi tiujn sekvencojn kaj fine, en la jaro du mil, li donis al ili la nomon, kiun ni hodiaŭ uzas: CRISPR. Tio estas akronimo por mallongaj palindromaj ripetoj regule interspacigitaj. Sed la vera malkovro okazis en du mil kvin. Mojica rimarkis, ke la unikaj segmentoj inter la ripetoj, kiujn ni nomas interspacigiloj, tute ne estis hazardaj. Ili precize kongruis kun la genetika kodo de virusoj, kiuj kutime atakas bakteriojn. Estis kvazaŭ la bakterioj havis bibliotekon de pasintaj malamikoj. Li hipotezis, ke CRISPR estas formo de adapta imunsistemo: bakterioj prenas partojn de la do no a de invadantaj virusoj kaj integras ilin en sian propagand genomon kiel molekula memoro por estonta defendo.

Ĉi tiu teorio estis subtenita en du mil ses de Eugene Koonin ĉe la Nacia Centro por Bioteknologia Informo. Li proponis, ke CRISPR, kune kun certaj genoj nomataj Cas-genoj trovitaj apude, funkcias kiel armilaro. Sed la definitiva pruvo venis de neatendita loko: la industrio de jogurto. En du mil sep, Philippe Horvath kaj lia teamo ĉe la firmao Danisco laboris kun bakterioj uzataj por produkti laktaĵojn. Ili montris, ke se bakterio havas pecon de virusa do no a en sia CRISPR-sistemo, ĝi fariĝas imuna kontraŭ tiu viruso. Se oni forigas tiun pecon, la imuneco malaperas. Estis klare: la naturo inventis precizan ilon por rekoni kaj detrui specifajn genetikajn sekvencojn antaŭ milionoj da jaroj.

En du mil ok, Luciano Marraffini kaj Erik Sontheimer faris alian kritikan paŝon. Ili malkovris, ke la CRISPR-sistemo uzas molekulojn de ro no a por gvidi la proteinojn al la celita do no a de la viruso. Tio signifis, ke la sistemo ne nur memoras la malamikon, sed uzas gvidilon por trovi ĝin kaj tranĉi ĝin. Estis kvazaŭ la bakterio havis paron da molekulaj tondiloj kun gvidata misilo.

Dum la unuaj dudek kvin jaroj de esplorado, CRISPR estis konsiderata nur fascina biologia kuriozaĵo de bakterioj. Sed ĉio ŝanĝiĝis en du mil dek du pro la kunlaboro inter du virinoj, kiuj transformis ĉi tiun bakterian defendon en universalan teknologion. Jennifer Doudna, biokemiisto ĉe la Universitato de Kalifornio en Berkelio, kaj Emmanuelle Charpentier, tiam mikrobiologo en Svedio, decidis kunigi siajn fortojn por kompreni la proteinon Cas naŭ. Ĉi tiu proteino apartenas al la bakterio Streptococcus pyogenes kaj ĝi estis konata kiel la armilo, kiu efektive tranĉas la fremdan do no a.

Ili malkovris ion genian. En la naturo, la sistemo bezonas du apartajn ro no a-molekulojn por funkcii, sed Doudna kaj Charpentier elpensis manieron kunfandi ilin en ununuran, sintezan gvidan ro no a-molekulon. Ĉi tiu simpligo estis la ŝlosilo. Per ĉi tiu ununura gvidilo, sciencistoj povus nun "programi" la proteinon Cas naŭ por celi preskaŭ ajnan sekvencon de do no a en ajna vivanta organismo. Ili ne plu estis limigitaj al studado de bakteria imunsistemo; ili kreis metodon por redakti la genaron de plantoj, bestoj, kaj eĉ homoj kun precizeco neniam antaŭe imagita. Doudna poste priskribis la momenton de malkovro kiel tujan komprenon, ke la sistemo povus esti uzata kiel tute nova ilo por genetika inĝenierarto. Ilia fundamenta artikolo estis publikigita en la revuo Science en junio de du mil dek du.

La efiko estis tuja kaj eksploda. En la komenco de du mil dek tri, pluraj grupoj montris, ke ĉi tiu sistemo funkcias ne nur en provtuboj, sed en vivaj homaj ĉeloj. Feng Zhang ĉe la Broad-Instituto de mo i to kaj Harvard, kune kun George Church ĉe la Medicina Lernejo de Harvard, sendepende publikigis rezultojn montrantajn, ke CRISPR-Cas naŭ povas sukcese redakti la genomon de mamuloj. Ĉi tio estis la startpafo por tutmonda scienca vetkuro.

Kiel ĝi funkcias teknike? La procezo estas eleganta en sia simpleco. Oni kreas gvidan ro no a-molekulon, kiu kongruas kun la specifa parto de la do no a, kiun oni volas ŝanĝi. Ĉi tiu gvidilo ligiĝas al la enzimo Cas naŭ, kiu funkcias kiel molekulaj tondiloj. Kiam oni enmetas ĉi tiun komplekson en ĉelon, ĝi skanas la tutan genomon ĝis ĝi trovas la celitan sekvencon. Por fari la tranĉon, la enzimo bezonas trovi mallongan "etikedon" nomatan PAM tuj apud la celo. Post kiam Cas naŭ trovas la ĝustan lokon, ĝi faras puran tranĉon tra ambaŭ fadenoj de la do no a. En tiu momento, la propraj riparmekanismoj de la ĉelo ekfunkcias. Sciencistoj povas uzi tiun riparon por ĉu tute malaktivigi genon, ĉu enmeti novan, sanan sekvencon de do no a, se ili provizas taŭgan ŝablonon.

La kapablo redakti la vivon tiel facile kaj malmultekoste havas profundajn sekvojn, kiujn ni ĵus komencas kompreni. Sur la medicina kampo, la promeso de CRISPR estas eksterordinara. Jam okazas klinikaj provoj por trakti malsanojn kiel serpo-ĉelan anemion, kie unuopa genetika mutacio kaŭzas tutvivajn suferojn. Per CRISPR, kuracistoj povas redakti la sangajn ĉelojn de paciento por forigi la malsanon ĉe ĝia fonto. Oni esploras ankaŭ kuracojn por kancero, HIV, kaj heredaj blindeco-formoj. En agrikulturo, CRISPR permesas krei plantojn, kiuj rezistas al sekeco, pestoj kaj malsanoj sen bezono de fremda do no a el aliaj specioj, kio povus revolucii nian nutraĵan sekurecon en epoko de klimata ŝanĝo.

Tamen, ĉi tiu potenco portas pezajn etikajn demandojn. La plej granda zorgo koncernas la tiel nomatan redaktadon de la ĝermolinio, do la ŝanĝadon de do no a en embrioj, spermo aŭ ovoj. Male al redaktado de korpaj ĉeloj de individuo, ŝanĝoj en la ĝermolinio estas hereditaj de estontaj generacioj. Ĉi tio malfermas la pordon al la ebleco de projektitaj beboj, kie gepatroj povus elekti ne nur sanon, sed ankaŭ fizikajn trajtojn aŭ intelektajn kapablojn. Multaj sciencistoj kaj etikistoj avertas pri nova formo de eŭgeniko kaj pri la risko de neantaŭviditaj mutacioj, kiuj povus resti en la homa genaro por ĉiam. La Instituo por Noviga Genomiko emfazas, ke ni bezonas tutmondan dialogon por decidi kie tiri la limon inter kuracado kaj plibonigado.

Krom la etikaj debatoj, CRISPR ankaŭ kaŭzis unu el la plej amaraj patentaj bataloj en la historio de scienco. Unuflanke estis la teamo de la Universitato de Kalifornio en Berkelio, gvidata de Doudna kaj Charpentier, kiuj unue priskribis la sistemon. Aliflanke estis la Broad-Instituto, gvidata de Feng Zhang, kiu unue montris ĝian uzon en homaj ĉeloj. La jura lukto temis pri tio, kiu efektive inventis la teknologion por uzo en kompleksaj organismoj. Kvankam la Broad-Instituto gajnis plurajn gravajn decidojn en Usono pro sia peto pri akcelita revizio, la Universitato de Berkelio tenas fundamentajn patentojn pri la kerno de la teknologio. Ĉi tiu jura necerteco kreis kompleksan situacion por bioteknologiaj firmaoj, kiuj bezonas licencojn por krei novajn medikamentojn.

Malgraŭ la juraj kaj etikaj konfliktoj, la graveco de la malkovro restas nekontestebla. En la jaro du mil dudek, Jennifer Doudna kaj Emmanuelle Charpentier estis premiitaj per la Nobel-premio pri kemio. La Nobel-komitato deklaris, ke ilia malkovro de la genetikaj tondiloj CRISPR-Cas naŭ revoluciigis la vivsciencojn kaj havas la potencialon kuraci heredajn malsanojn, kiuj ĝis nun estis nekuraceblaj. Hodiaŭ, CRISPR ne estas nur ilo en laboratorio; ĝi estas la komenco de nova epoko por la homaro, kie ni ne plu estas nur skribitaj de niaj genoj, sed ni fariĝis iliaj aŭtoroj. La estonteco de niaj specioj kaj de la planedo nun dependas de kiel ni elektos uzi ĉi tiun eksterordinaran kapablon reskribi la kodon de la vivo.

Dankon pro via aŭskultado de nia programo pri la mirindaĵoj de moderna scienco.