U prošloj sam kolumni ukazao kako se iz specijaliziranih stanica živog organizma danas može umjetno inducirati njihov povratak u stanje matičnih stanica. Iz matičnih je stanica zatim moguć programiran razvoj rezervnih tkiva, organa, ili novog organizma, tj. klona. Spomenuo sam i kako rezervni organi više ne moraju slijediti izvornu genetsku uputu originala, već se mogu i unaprijediti doradom te upute. No, kako je živoj stanici moguće izmijeniti već zapisanu gensku uputu?
Genska uputa u našim stanicama nije sasvim stabilna. Ona biva oštećena ultravioletnim zračenjem, slobodnim kemijskim radikalima i raznim kancerogenim spojevima. Uz to, kemijska nestabilnost molekule DNK dovodi i do brojnih dodatnih, spontanih mutacija. Pogreške se događaju i prilikom prepisivanja genoma pri svakoj diobi stanice, a dnevno se dijeli nekoliko milijuna stanica. Postoje, stoga, brojni razlozi zašto genetska uputa u stanicama stalno teži odstupanju od izvornog slijeda. Ipak, informacija sadržana u našim molekulama DNK ne pretvara se vremenom uslijed tih mutacija u potpuno nasumičan, kaotični slijed. To treba zahvaliti mehanizmima koji stalno otkrivaju i popravljaju sve mutacije, vraćajući genomski zapis u izvorno stanje. Tri takva mehanizma otkrili su Tomas Lindahl, Paul Modrich i Aziz Sancar, što im je donijelo Nobelovu nagradu za kemiju 2015. godine.
Dakle, slučajne mutacije i njihov stalan povrat u izvorno stanje jedan su oblik izmjene genske upute. No, može li se namjerno izmijeniti genska uputa bilo koje žive stanice, na način koji smo zamislili? To je nedavno postalo moguće zahvaljujući velikom prodoru koji će znanstvenicama Emmanuelle Charpentier sa Sveučilišta Umea u Švedskoj i Jennifer Doudna s Kalifornijskog sveučilišta u Berkeleyu, a možda i još ponekom pioniru ovoga područja, vremenom donijeti Nobelovu nagradu. Ovaj je neočekivani prodor toliko značajan za biomedicinu da bi trebao postati dijelom opće kulture u 21. stoljeću. Kako to često biva s doista velikim otkrićima, Charpentier i Doudna bavile su se prilično neobičnim područjem istraživanja, koje je rijetko koga zanimalo.
Iako svi zaziru od bakterija i virusa koji uzrokuju zarazne bolesti u ljudi, malo tko se brinuo što i same bakterije zaziru od napada virusa. Naime, bakterije su jednostanični organizmi i njihove stanice imaju, uz neke razlike, mnoga obilježja nalik ljudskim stanicama: staničnu membranu, citoplazmu i genetsku uputu. Virusi su, međutim, puno jednostavniji: oni imaju samo nukleinsku kiselinu ovijenu proteinskom ovojnicom, tzv. kapsidom. Da bi se razmnožavao, virus se mora zateći na membrani neke stanice i zatim iz proteinske ovojnice u stanicu ubaciti svoju DNK ili RNK molekulu. Ta molekula “hakira” izvornu gensku uputu stanice: pronalazi način da se umetne u nju. Zatim koristi stanične mehanizme, potičući napadnutu stanicu na stvaranje novih virusa. Stanici to, međutim, ne odgovara – ni ljudskoj, a ni bakterijskoj.
Charpentier i Doudna otkrile su kako bakterijske stanice, za razliku od ljudskih, imaju razvijen mehanizam obrane protiv tih umetaka virusnih gena u svoj vlastiti genom. Sustav nazvan CRISPR-Cas9 skraćenica je koja označava nakupinu regularno razmaknutih, kratkih palindromnih ponavljajućih sljedova u genomu i enzim kaspazu-9. Tim sustavom bakterija provjerava ima li u svom genomu umetke virusne DNK ili RNK. Pronađene umetke precizno izrezuje i odbacuje, kako bi očuvala integritet svoje vlastite upute. Ubrzo je znanstvenicama postalo jasno kako bi se ovaj sustav mogao primijeniti za precizno “izrezivanje” bilo kojeg dijela genoma bilo koje žive stanice. Moguće je i “ubacivanje” drugačijeg slijeda, te izmjena slijeda na točno određenim mjestima po želji.
U narednih nekoliko godina CRISPR-Cas9 metodu su počele koristiti tisuće laboratorija diljem svijeta. Kad je završen projekt ljudskog genoma, prvi put smo ugledali svoj vlastiti biološki kod. Bili smo tada nalik koloniji robota, zaboravljenih na ovom planetu, koji su smislili kako sklepati printer i ispisati vlastiti računalni program. Svoj program još uvijek ne razumijemo, tek smo počeli naslućivati poneka pravila. Međutim, samo nekoliko godina nakon što smo svoj genom uspješno očitali, u CRISPR-Cas9 sustavu smo stekli nov alat, koji omogućuje potpunu izmjenu genomskog zapisa. Ali, tko bi razuman želio mijenjati svoj vlastiti kôd, koji je na nevjerojatno precizan način odredio cjelokupan rast i razvoj cijelog bića, prije no što u cijelosti shvati što taj kôd točno znači i kako funkcionira? Jednom kada to polako shvatimo, mogućnosti popravljanja i unaprjeđenja postojećih genoma, kao i dizajna sasvim novih oblika života, postat će doista nepregledne.
Pogledajte i galeriju NASA-inih slika Marsa: