Jedan od najboljih dijelova Zagreba, njegov sjever s četvrtima Podsljeme i Gornji grad, mjesto je i gdje su neke od najboljih naših znanstvenih ustanova. Tu je Institut Ruđer Bošković, a onda i nekoliko odsjeka Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu. Koncentracija visoke znanosti na jednom relativno malom prostoru zaista je velika, ovdje su nastali ili se odavde sudjelovalo u nekima od najvrednijih znanstvenih radova objavljenih u vrhunskim svjetskim znanstvenim časopisima poput Naturea ili Sciencea. Baš nedavno objavljeno je više od 20 takvih radova povezanih s globalnim projektom sekvenciranja genoma 38 vrsta tumora što je doista prijelomni rad u borbi protiv najteže bolesti koja može pogoditi čovjeka. Na vrijednom popisu znanstvenika koji su sudjelovali u projektu naći ćemo i ime doc. dr. sc. Rose Karlić s PMF-ova Odsjeka za biologiju, odnosno tamošnje Grupe za bioinformatiku koju vodi prof. dr. sc. Kristian Vlahoviček. Šest članova grupe bavi se vrhunskom, ali i modernom znanošću, unatoč uobičajeno šturim uvjetima u kojima hrvatska znanost danas većinom funkcionira. Zgrade PMF-a građene još 70-ih polako gazi vrijeme, uvjeti rada trebali bi biti, ako ne bolji, a ono barem drugačiji, no opet ondje, u zgradi na Horvatovcu gdje se nalazi PMF-ova Grupa za bioinformatiku radi se vrhunska znanost. Koja je ipak malo drugačija. Tamo ne nalazite mikroskope i laboratorije, znanstvenici se ne šeću u kutama, istraživanja tumora, HIV-a i genoma rade se – računalima.
– Bioinformatika je u najširim svojim konturama spoj računalne znanosti i molekularne biologije. Nastala je zbog toga što biologija, a pogotovo molekularna biologija postaje sve više i više kvantitativna, sada imamo podatke kojima možemo čitati gene i imati jako puno kvantitativnih mjerenja, a bioinformatikom, uz pomoć računala, stavljamo te podatke u neki kvalitetni okvir. Za razliku od nekadašnjeg, zapravo i ne tako davnog perioda kada smo se u biologiji oslanjali na kvalitativna opažanja.
Pomaci u znanosti
To je jedan sretan spoj s računalnim tehnologijama poput strojnog učenja ili umjetne inteligencije kojima se iz svih tih podataka vuče korisno znanje, kaže prof. dr. sc. Kristian Vlahoviček, istaknuti naš molekularni biolog i voditelj ove grupe na PMF-u. Bioinformatika je, barem za sada, i jedna rijetka vrsta znanstvenog istraživanja kod koje nove tehnologije dopuštaju da se zbog traženja izvrsnosti ne mora otići iz Hrvatske. – Vani jesam bila, na doktoratu u Berlinu provela sam četiri godine. Bio je to dvojni doktorat te sam istovremeno imala poziciju doktoranda i u Hrvatskoj i u Berlinu.
Nakon toga sam se više iz osobnih razloga odlučila vratiti u Hrvatsku. Morala sam se vratiti i po ugovoru, ali i odlučila sam da ću se vratiti i ovdje ostati. Vjerojatno je malo i lakše kada se bavite bioinformatikom jer se možemo baviti znanošću za koju se možda misli kako se može raditi jedino vani na toj razini kvalitete. Teže je kada se radi o eksperimentalnoj znanosti, no i to se može u Hrvatskoj, nisam imala osjećaj da nešto pretjerano propuštam. Da sam otišla van baviti se znanošću, vjerojatno ni tamo ne bih nešto bolje zarađivala, nisu ni tamo znanstvenici pretjerano bolje plaćeni, vjerojatno bolje nego u Hrvatskoj, no opet nisu bogataši. U industriji bih vjerojatno bolje prošla, ali tamo nemate takvu slobodu – govori nam doc. dr. sc. Karlić o mogućnostima koje joj je otvorio višegodišnji projekt sekvenciranja tumora u kojem je sudjelovala uz 1300 drugih znanstvenika u svijetu. Kada se govori o bioinformatici kao inovativnoj i relativno novoj znanstvenoj disciplini, gotovo ćemo u pravilu uz nju pronaći i pojam sekvenciranja. Zapravo, riječ je o nečemu što polako preuzima znanstveni narativ jednostavno zato što se tom tehnologijom bilježe najveći pomaci u znanosti.
– Tehnologija sekvenciranja, skupljanja genetičke informacije, rasla je i napredovala brže čak i od same računalne tehnologije. Primjerice, Mooreov zakon kaže da se svake dvije godine udvostručuje računalna snaga, a istodobno se njihova cijena smanjuje. No paralelni zakon u području sekvenciranja genetičke informacije puno je drastičniji od Mooreova zakona. U 20 godina spustili smo cijenu sekvenciranja za pet redova veličina, sa sto milijuna na tisuću dolara. A to nijedna tehnologija do sada nije uspjela napraviti. Sada je moguće digitalizirati biološku informaciju čime biologija postaje digitalnom disciplinom. Otvara se cijela lepeza alata u digitalnim znanostima kojima tu informaciju možete napasti. A ta je informacija univerzalna, jedna bakterija svoje gene zapisuje praktički istim jezikom kao i čovjek.
Jedina druga disciplina u znanosti koja može proizvesti toliko informacija je čestična fizika, objašnjava nam prof. Vlahoviček podvlačeći kako sekvenciranje definitivno jest tehnologija budućnosti i zbog svoje cijene i zbog pristupačnosti, tehnologija je to koja toliko napreduje da uređaji za sekvenciranje postaju minijaturni.
Pogledajte i galeriju: Trajekt iz Italije uplovio u Split s posebnim mjerama zaštite od koronavirusa
– Ovo je uređaj za sekvenciranje treće generacije. Spaja se USB-om na obično računalo, tu se unese uzorak, u jednom prolazu može sekvencirati cijeli genom čovjeka. Više nisu potrebni skupi strojevi koje morate držati u laboratoriju. Ovo možete uzeti sa sobom na put u Afriku pa od sela do sela pratiti progresiju ebole. Ne morate više donositi uzorak u laboratorij, već laboratorij dovedete uzorku. To je praktično senzor za genetičku informaciju, a on omogućuje da se skupi još više podataka, ranije i relevantnije. Takav će uređaj dovesti do novog napretka u dijagnostici, kasnije i drugdje, govori znanstvenik izvlačeći iz decentne futrole naizgled jednostavan, a u stvarnosti moćan uređaj. No je li doista ta tehnologija tako sveobuhvatna? Na prvu, zaključili bismo kako se njome doista mogu učiniti čuda, pronaći lijek za najteže bolesti ili ih naprosto preduhitriti.
– Konkretan se rezultat vidi po tome što se mogu odrediti podtipovi tumora koji se onda mogu “napadati” različitim terapijama. Onda, sekvenciranjem različitih gena traže se određene mutacije kod, primjerice, raka dojke kako bi se utvrdilo postoji li neka naslijeđena mutacija koja vam daje predispoziciju za pojavu raka dojke ili možda somatska mutacija koja vodi do potpunog gubitka tog gena. To je nešto što se već radi, primjeri su geni BRCA1 i BRCA2, ali postoje i drugi geni koji su uključeni u iste procese i mogu se koristiti u istu svrhu. Što ima više tih podataka, to je veća mogućnost otkriti mutacije koje se pojavljuju u manjem dijelu populacije. Kada sekvencirate veliki broj uzoraka, moguće je pronaći nešto što se rjeđe pojavljuje u populaciji. Na takve se načine dolazi do novih saznanja, opisuje. Napominje, ipak, kako se radi o tehnologiji o kojoj i o čijim mogućnostima još puno treba naučiti. – Treba reći kako uz samu sekvenciju ima toliko toga što još moramo doznati, od regulacije gena, karakterizacije različitih elemenata u sekvenciji DNK za koje još ne znamo na koji način funkcioniraju, pa do toga da smo do sada promatrali neku populaciju stanica, a da sada možemo promatrati pojedinačnu stanicu. No opet ostaje dosta toga što još moramo naučiti – objašnjava doc. Karlić.
Čini se, kaže, kako sada više nije najveći problem prikupljanje sekvenciranih podataka, nego cjelovita analiza svih dostupnih podataka. – Imamo sekvencije različitih pacijenata, no klinički podaci tih pacijenata nisu toliko sveobuhvatni. Uočavamo neke mutacije u određenim ljudima, no o njima nemamo dovoljno detaljnih kliničkih informacija. Dostupne su nam kliničke informacije o vrsti tumora te koji je stupanj tog tumora, no nedostaje informacija o tome kakve su sve terapije pacijenti primali, koji su sve potencijalni čimbenici rizika. Izazov je kako prikupiti sve te podatke. Dakle, kada bi se kompletnija klinička slika povezala s podacima dobivenim sekvenciranjem, tada bismo dobili odgovor na pitanje hoće li pacijent bolje odgovoriti na ovu ili na onu terapiju – kaže naša znanstvenica. Još se jedan pojam vezan uz sekvenciranje često spominje u tekstovima o znanosti. Primjena tehnologije CRISPR-Cas9 izazvala je lani senzaciju kada je kineski znanstvenik objavio kako su na svijet došle dvije “dizajnerske bebe”, dvoje novorođenčadi kod kojih su geni korigirani tim inovativnim alatom. Sada više nema dileme da čovjek ima mogućnosti poigrati se Boga, ali i da to povlači različite dileme.
– CRISPR-Cas9 doista jest tehnologija kojom možemo mijenjati genetičku sekvenciju, ne do kraja precizno, ali do prilično impresivne mjere. Najjednostavnije, to je spoj nanorobota koji u jednoj ruci ima sustav za navođenje kojim može prepoznati određenu sekvenciju, mjesto na našem genomu, a u drugoj ruci alat kojim će to mjesto odrezati ili promijeniti, s time da je rezanje sada primarni način na koji CRISPR funkcionira, samo na taj način možete lako uništiti gen, ali ga još uvijek puno teže možete zamijeniti pa je stoga primjena te tehnologije još uvijek ograničena. Činjenica je da ta tehnologija omogućava da na genetičkoj razini vrlo brzo manipuliramo genetičkom informacijom. Nije teško zamisliti različite scenarije toga.
Pogledajte i video: Ivan Đikić: Evo što trebate činiti kod pojave koronavirusa
Etika i tehnologija
Sada je ta tehnologija prisutna na način na kakav je 30-ih godina bila prisutna tehnologija atomske fisije, može se koristiti za dobro ili za loše. Moj je stav da kolege etičari pomalo kaskaju za razvojem tehnologije jer postoje mogućnosti poput dizajnerskih beba iz Kine. Možda mi znanstvenici ne razmišljamo u tim okvirima, nego smo vođeni tehnologijom, znanjem i znatiželjom o tome što nam ta tehnologija može. Zabrane nisu dobre, potrebnije je definirati transparentni okvir u kojem se takva tehnologija koristi za dobro. Zabranom će se ući u sivu zonu u kojoj će od te tehnologije imati koristi oni s najviše novca, a da ona ostane izvan dosega ostatka čovječanstva, govori dr. Vlahoviček dodajući kako su rješenja koja takve nove tehnologije donose primjenjiva su na različita druga područja, agronomiju, biotehnologiju, kemijsku tehnologiju, sintezu lijekova biološkim putem, nanotehnologiju, sve se to otvara kao moguća polja primjene. Uspijemo li savladati znanje kojim je priroda do sada dizajnirala takve stvari, prirodnom selekcijom i evolucijom – to je najveći izvor inovacija. Ono što uspijemo savladati moći ćemo i mijenjati, kratko objašnjava. Kada čovjek već ima na raspolaganju takve tehnologije, zašto mu onda toliko treba da napravi cjepivo za, primjerice, koronavirus, pitanje je koje se u javnosti često čuje. Je li najavljenih deset mjeseci do tog trenutka dug ili je ipak kratak period?
– Deset mjeseci je red veličine od jedne nanosekunde kada se radi o razvoju lijekova. U roku od dva tjedna znanstvenici su imali 15-ak sekvenciranih genoma virusa, cjelokupnu genetičku njegovu podlogu. Zbog toga što već znamo jako puno o tome kako koji gen funkcionira u takvim vrstama virusa, već se znaju načini na koje bi se najbolje napao taj virus. Takvu brzinu reakcije samo unatrag pet godina ne biste mogli očekivati. Klasična farmaceutska procedura donošenja lijeka pa i cjepiva na tržište traje minimalno deset godina. Javnost ne vidi ogroman posao prije dolaženja lijeka u ljekarne pa se onda podrazumijeva kako je to bilo u samo nekoliko mjeseci. Pitanje je koliko bi se ovaj virus brže širio da nemamo ovoliko znanje koje danas imamo. Ne možemo očekivati da neće biti takvih virusnih epidemija. Priroda će na osnovu prirodne selekcije, pogotovo kod malih organizama koji se jako brzo razmnožavaju, odabrati mnogo onih koji najbolje preživljavaju u nekom trenutku. To je naprosto borba za opstanak koju ne možemo spriječiti. Ali širenje možemo spriječiti brzom globalnom akcijom što mislim da se u velikoj mjeri uspjelo jer su se vrlo brzo uspostavile mjere u karanteni što nije bilo toliko brzo kod, primjerice, epidemije HIV-a ili ebole, podsjeća dr. Vlahoviček. Jedan pojam usko vezan uz tehnologije poput CRISPR-a uvijek izaziva diskusije koje odlikuje visoka polarizacija mišljenja, a to su genetski modificirani organizmi, GMO. Tehnologija editiranja gena što je CRISPR-Cas9 trebala bi GMO učiniti još sigurnijim. Iako takva hrana nikada ni nije bila opasna, smatra dr. Vlahoviček.
– Strah od GMO-a nije opravdan. Dubljim razumijevanjem životnih procesa na molekularnoj razini možemo ih i smislenije mijenjati. Prve sorte pšenice nastale su zračenjem pšenice. Pa će netko reći kako jedemo ozračenu pšenicu. Ali doista je ta normalna pšenica, koju smijete zasaditi na polju, nastala ionizirajućim značenjem jer nitko nije znao kako povećati količinu zrna s obzirom na veličinu biljke koja je do tada izgledala kao vlat trave s malo zrnaca pa se netko sjetio ozračiti pšenicu. Od nekoliko stotina biljaka neke su ipak razvile takve mutacije da su imale dvostruko ili trostruko veće zrno. Pa su ljudi počeli saditi takve biljke. Tako radi i priroda. Nasumično smo izabrali neki broj mutacija i onda smo izabrali ono svojstvo koje nam se najviše svidjelo, a to je veličina zrna u pšenice ili kod kukuruza veličina klipa. No tada nismo znali što je u pozadini toga, dok s CRISPR-om to možemo smisleno i racionalno, u smislu da znamo da, primjerice, neki gen povećava prisutnost škroba u vršnoj stanici ploda pšenice, ako ga promijenimo, modificirat ćemo samo količinu škroba, a neće izazvati potpuno nepoznate promjene koje su ranije nastajale zračenjem. Danas naprosto imamo više pouzdanog znanja o prirodi pa se takve stvari mogu raditi na puno sigurniji način – govori. No sve što je danas pretvoreno u podatak, kao što je to slučaj sa sekvenciranjem gena, ima vrijednost, kao što smo naučili u slučaju društvenih mreža.
– Koliko je lukrativan biznis koji se vrti oko prikupljanja podataka na Facebooku? Vrijedi milijarde. Sada zamislite sve to, ali na najosobnijem podatku svakog pojedinca, osobnijem i od broja bankovnog računa, preferencije prema plavoj ili zelenoj boji.
Zaštita podataka
A to je ono što imamo u genima. To je ogroman potencijal. Neki su to uspjeli prepoznati, poput 23&Me koji su imali i sjajan poslovni model. Prvo su naplaćivali znatiželju ljudi koje je same zanimalo što imaju u vlastitim genima. A usput su prikupljali podatke. Kasnije su te podatke mogli koristiti za izvlačenje znanja, plasiranje podataka onima koji su zainteresirani, na primjer farmaceutskim kompanijama. Još nemamo dobre mehanizme za zaštitu tih podataka, kao što nemamo dobre mehanizme za zaštitu nijednog digitalnog podatka jer, kada podatak postane digitalan, onda postaje jako “hlapljiv” što smo vidjeli na Facebooku i drugim primjerima. Tako, kada digitalizirate podatke o svom genomu, tada i ta informacija postaje jako “hlapljiva” pa može doći u posjed nekoga za koga to ne biste željeli. Države ili čak vašeg partnera! To je tržište dovoljno lukrativno da čak na dark webu možete kupiti i genome ljudi. Usluge poput Ancestryja doista jesu vjerodostojne, tamo se koristi ista tehnologija kao i kod 23&Me, no ni Ancestry ni 23&Me zapravo ne sekvenciraju cijeli genom ili većinu informacije, nego rade tzv. genotipizaciju – određuju koja slova imate na oko milijun položaja u genomu koji ukupno ima tri milijarde slova. Već i tako mali paketi informacija dovoljni su da utvrde vaše porijeklo. S time da 23&Me, osim porijekla, radi i puno više poput, recimo, traženja informacije o tome koliko imate neandertalskih gena ili prema kojim bolestima imate sklonosti – kaže dr. Vlahoviček.