„Već u ranoj fazi našeg istraživanja imale smo osećaj da smo na pragu nečega epohalnog“, rekla je Dženifer Dudna u telefonskom razgovoru nakon objave Nobelove nagrade za hemiju 2020, potvrđujući tako reči Emanuel Šarpentje: „Znale smo da smo na tragu nečeg velikog, ali nismo imale predstavu koliko velikog… I dalje me svakodnevno raduje kada vidim koliko se istraživanja odvija u svetu uz pomoć ove tehnologije. A, kada pogledam unazad, naš projekat je zaista počeo iz čiste radoznalosti.“
Emanuel Šarpentje i Dženifer Dudna dobile su Nobelovu nagradu za razvoj jednostavnog, ali efektnog alata za modifikovanje DNK bilo kog organizma, uključujući i ljudskog.
Iako samo saopštenje Nobelovog komiteta da je nagrada dodeljena „za razvoj metode za editovanje genoma“ ne oslikava neverovatnu moć tehnike koju su laureatkinje otkrile, niti mogućnosti njene šire upotrebe, u saopštenju Švedske akademije nauka ipak stoji da su Šarpentje i Dudna otkrile jedan od najpreciznijih alata – CRISPR-Cas9 „genetičke makaze“ — koje istraživači mogu sa visokom preciznoću da koriste pri promeni DNK životinja (i ljudi), biljaka i mikroogranizama. „Koristeći CRISPR-Cas9 genetičke makaze sada je moguće promeniti kôd života za svega nekoliko nedelja“, piše u saopštenju.
Tiha revolucija
Pedesetdvogodišnja Emanuel Šarpentje je Francuskinja, istraživačica iz oblasti mikrobiologije, genetike i biohemije. Sada je direktorka novooformljenog odeljenja za nauku o patogenima na „Maks Plank“ univerzitetu u Berlinu, u Nemačkoj. Pedesetšestogodišnja Dženifer Dudna je Amerikanka, biohemičarka, radi na Univerzitetu Berkli u Kaliforniji. One su tek šesta i sedma žena laureat u oblasti hemijskih nauka (što čini nekih četiri procenta ukupno), a ovo je prvi put da su dve žene zajedno ovenčane Nobelovom nagradom. One su inače angažovane u različitim poljima biologije: Emanuel Šarpentje proučava bakterijske sisteme, dok Dženifer Dudna istražije biologiju RNK. Započele su „kratku i intenzivnu“ saradnju, kako Šarpentje ističe, nakon sastanka u kafeu u Portoriku za vreme jedne konferencije. Zajednički cilj bio im je istraživanje CRISPR mašinerije u Streptococcus pyogenes, beta hemolitičkom streptokoku serološke grupe A, izazvaču mnogih ozbiljnih bolesti, koji Šarpentje proučava godinama.
Gotovo dve decenije istraživači su se bavili proučavanjem bakteriološkog imunskog sistema, CRISPR, izvan pažnje naučne zajednice i javnosti, a sve to se promenilo 2012. kada su Šarpentje i Dudna, radeći zajedno, ali i samostalno, objavile svoju inovaciju baziranu na CRISPR tehnologiji editovanja gena, nazvanu CRISPR-Cas9.
To je bila prekretnica.
Polje mikrobiologije oduvek me je privlačilo, ne samo zbog važnosti tih istraživanja. Jednostavno uživam u eksperimentima, od planiranja, preko realizacije do analiza. U laboratoriji se osećam kao kod kuće
– Emanuel Šarpentje
Ova moćna tehnologija za editovanje gena može da bude upotrebljena za lečenje nekih naslednih bolesti, donosi inovaciju u poljoprivrednoj proizvodnji, a može i da kontroliše evoluciju. Ove svojevrsne genetičke makaze omogućavaju biotehnolozima da iseku bilo koji genom na određenom mestu, izbace neželjeni deo – na primer, mutaciju koja uzrokuje neku bolest – i zamene je odgovarajućim „ispravnim“ delom, ili jednostavno samo „ubace“ gene koji nose željene osobine. To je mesto gde se DNK preseca i „kôd života“ može da se prepiše. Zbog toga se otvaraju beskrajne mogućnosti koje, ako nisu pod strogom kontrolom regulativnih tela, mogu dovesti do zastrašujućih posledica.
Neverovatan napredak
Za otkriće CRISPR-Cas9, preciznog nanoalata koji je izazvao revoluciju u biologiji, medicini i poljoprivredi, Šarpentje i Dudna dobile su 2018. i prestižnu Kavli nagradu, koju svake druge godine dodeljuju Fondacija Kavli iz SAD i Norveška akademija nauka. Razgovor sa laureatkinjama vođen je tokom Svetske konferencije naučnih novinara u San Francisku i prilikom dodele Kavli nagrada u Oslu.
Milica Momčilović: Vaš naučni rad objavljen 2012. u časopisu Science predstavlja prekretnicu kada govorimo o CRISPR-Cas9 – editovanju gena gotovo bilo kog živog organizma. U to vreme ova tehnologija je bila u povoju. Gde sve danas vidite potencijal njene primene?
Šarpentje: CRISPR tehnologija brzo je usvojena u naučnoj zajednici i njena primena je zaista široka, što pokazuje koliko je svestrana i moćna. Ako pogledate nova istraživanja, rezultati njene primene vidljivi su gotovo na nedeljnom nivou. Ipak, mislim da je najznačajniji upliv u medicinskim istraživanjima, i stoga se nadam da će upotreba ove tehnologije biti uspešna u korekciji nekih naslednih genetičkih poremećaja.
Dudna: Kod CRISPR tehnologije zadivljujuć je njen neverovatno brz napredak. Rad smo objavile 2012, i sada, svega nekoliko godina kasnije, postoje klinička ispitivanja. Veoma sam ushićena što se CRISPR koristi za korekciju mutacija koje izazivaju bolesti krvi, poput srpaste anemije. Više timova u svetu se bavi ovim istraživanjem, tako da je u skorijoj budućnosti sasvim moguće očekivati „genetički“ lek za ovu bolest. Bio bi to ogroman napredak koji bi pružio šansu terapijama drugih bolesti izazvanih mutacijom jednog gena, jer uz pomoć tehnike editovanja gena može da se koriguje ta nepravilnost. To je zaista neverovatno brzo usvajanje nove tehnologije.
Sa druge strane, ako govorimo o globalnom uticaju editovanja gena na ljudsko društvo, mislim da će ova tehnologija imati veći uticaj na poljoprivredu. Svi treba da jedemo, zar ne? Napraviti genetičke promene na biljkama kako bi bile zaštićene od suše ili im omogućiti da dobiju još bolje osobine – sve to je, upotrebom CRISPR tehnologije, postalo mnogo jednostavnije.
Put do otkrića
Dr Dudna, vaša ljubav prema nauci seže delom iz srednje škole i časova hemije koje ste pohađali? Šta vas je toliko privuklo ovoj nauci?
Dudna: Kada sam pohađala drugi razred srednje škole, u gradu Hilo na Havajima, imali smo profesorku hemije gospođicu Vong, koja nas je učila da tajna nauke nije u „bubanju“ lekcija iz knjige, već u otkriću. Učila nas je da je normalno postavljati pitanja o svetu koji nas okružuje i tragati za odgovorima, i to mi se neverovatno dopalo. I danas volim da postavljam pitanja o prirodi, pokušam da pronađem odgovore i otkrijem da postoje stvari koje dosad niko nije razumeo. Još me uzbuđuje naučni proces. Neverovatno je zabavno kako dolazite do otkrića. Naravno, nije da nema frustracija, ali to je sastavni deo istraživačkog procesa. I to je nešto što sam naučila još na časovima hemije u srednjoj školi.
Proučavanje sistema koji bakterije koriste u borbi protiv virusnih infekcija zvuči kao široko polje, i jeste. Ali nas je čista radoznalost odvela tamo gde nismo očekivale. I to je zadivljujuće.
– Dženifer Dudna
Danas mnogo vremena provodim u radu sa studentima završnih godina i diplomcima jer sam zaposlena na velikom državnom Univerzitetu Berkli, u Kaliforniji. Jedan od izazova je raditi sa ljudima koji dolaze iz celog sveta da zajedno uče i bave se naukom. Na taj način ne suočavaju se samo sa suštinskim izazovima bavljenja naukom, već i upoznaju jedni druge. Tako saznajem u čemu je svako od njih dobar, šta im prija da istražuju, a zatim im pomažem da se priključe projektima kako bi zaista unapredili svoje veštine.
Dr Šarpentje, u detinjstvu ste imali brojna interesovanja, od klavira, preko baleta do medicine. Kako je nauka došla na prvo mesto?
Šarpentje: Znate kada imate onaj osećaj u stomaku – e to je bilo to. Najmanje dva profesora u srednjoj školi su uticala na moju odluku. Osim njih, i osećaja u stomaku, bila je to radoznalost i čista želja da saznam od čega je svet sačinjen, u biološkom smislu. Želela sam da studiram kako bih stekla adekvatno znanje. Dodatno, interesovali su me profesura i istraživački, timski rad.
Put u budućnost
Predstavljen kao jedno od najvažnijih otkrića 21. veka, CRISPR je brži, jeftiniji i precizniji od drugih sistema za editovanje gena. Naučnici ga upotrebljavaju u lečenju ozbiljnih genetičkih bolesti, poput obnove vida kod ljudi sa naslednim slepilom. Koristi se i za razvoj useva koji su otporniji na bolesti i klimatske promene, ali i kod suzbijanja štetočina koje prenose zarazne bolesti, poput komaraca ili pacova.
Kada ste počele sa radom na CRISPR tehnologiji editovanja gena, bili ste angažovani na bazičnom istraživanju imunskog sistema kod bakterija. Koliki deo bakterijskog sveta je istražen, ne samo kroz tehnologiju editovanja gena, već kroz osnovna proučavanja same CRISPR genetičke sekvence?
Dudna: Minijaturan uzorak mikrobiološkog sveta je istražen. Većina mikroba nije proučena, jer ne može biti uzgajana u laboratoriji. Šta sve postoji u mikrobiološkom univerzumu jedna je od stvari koje me fasciniraju, a u vezi je sa naučnom oblašću kojom se bavim. U stvari, mnoge tehnologije koje su bile ključne u rasvetljavanju molekularne biologije u modernom dobu upravo su nastale proučavanjem mikroba. Uzbudljivo je razmišljati o budućnosti kada sve više ljudi istražuje razne aspekte sveta mikroba koji dosad nisu bili izučavani.
Dr Šarpentje, govorili ste o tome na koje ste se sve načine snalazili kako biste prebrodili finasijske izazove sa kojima ste se suočavali tokom vašeg istraživanja. Nekoliko puta ste iznova formirali svoju laboratoriju, pošto ste se selili sa univerziteta na univerzitet kako bi vaš istraživački rad brže napredovao. Kada ostavimo finansiranje po strani, koji su drugi izazovi sa kojima ste se susretali?
Šarpentje: Trebalo je brzo da se adaptiram na novu sredinu, nove kolege i novu finansijsku situaciju. Drugi izazov je bio da brzo oformim svoju laboratoriju, angažujem prave ljude i sve to pokrenem odmah. Uvek je izazov naći pravu naučnu nišu, razviti istraživanje u okvirima teme koja je predmet interesovanja naučne zajednice, a da ona ima potencijal da ostvari širi uticaj od osnovnog istraživanja.
Treba nastaviti sa podrškom osnovnim istraživanjima u mikrobiologiji. Samo kontinuiranim proučavanjem raznovrsnosti mikrobiološkog sveta bićemo u mogućnosti da usavršavamo genetičke alate koji već postoje.
„CRISPR-Cas9 dao je veliki doprinos u oblasti genetičkih istraživanja. A to da li je ovo tehnologija koja bezbedno može da modifikuje ljudsku naslednu liniju, sasvim je druga priča. Iako je CRISPR-Cas9 sjajna alatka, bilo bi zaista veoma teško modifikovati više od jednog gena u trenutku… što, naravno, neće sprečiti ljude da eksperimentišu“, kaže Šarpentje. Po ovom pitanju, Dudna je veoma aktivna u javnim inicijativama koje prate mogućnost potencijalne zlupotrebe ove tehnologije, a koje zahtevaju usvajanje dobro promišljenih regulativa o upotrebi CRISPR-Cas9, kako na globalnom tako i na nivou država. Nakon formiranja posebnog panela eksperata u decembru 2018, Svetska zdravstvena organizacija nedavno je objavila protokol o regulaciji tehnologije editovanja gena.
Zovi autobus u subotu, a i voz
CRISPR je sistem koji pomaže bakterijama da se reše genetičkog materijala virusa koji ih napada. Sastoji se od jedne genetičke sekvence koja ima ponavljajući niz, i jednog proteina-enzima, u ovom slučaju Cas9, koji kao makaze može da iseče nukleinske kiseline. Svrha sekvence je da „navodi“ protein na određeni deo genoma koji treba iseći.
Sam naziv CRISPR je akronim od Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Ovi delići genetičkog materijala mikroba grupisani su, ponavljaju se, i u pravilnim razmacima su prekinuti, a predstavljaju ono što genetičari nazivaju „palindromske sekvence“ – poput reči u ogledalu, kao lingvistički palindromi, „Zovi autobus u subotu, a i voz!“.
U cilju boljeg razumevanja javnosti o tehnologiji editovanja gena generalno, da li treba na nešto posebno usmeriti pažnju?
Šarpentje: Generalno sam zadovoljna kako je javnost razumela njene prednosti – to kako je reč o tehnologiji presudnoj za dalja istraživanja koja služi na dobrobit čovečanstva. Tome su, u stvari, doprineli mediji. Bilo je nešto malo polemike oko toga koliko je ova tehnologija opasna, a neke od njih bile su sasvim neopravdane. Sve u svemu, mediji su naglasili njene dobre strane, poreklo osnovnog istraživanja i potecijal ove tehnologije.
Dr Dudna, nakon jednog sastanka 2015, vi i brojne kolege objavili ste saopštenje u vezi sa primenom CRISPR tehnologije kod mogućih promena u humanom genomu, a koje bi mogle da se prenesu na potomstvo editovanjem nasledne linije. Da li su se otad, prema vašem mišljenju, sami naučnici u dovoljnoj meri uključili u raspravu oko etičkih implikacija ovog otkrića?
Dudna: Proglas objavljen 2015. bio je pravi poziv na uključenje naučne zajednice. Bila sam vrlo zadovoljna odzivom kolega. Uložen je veliki trud da se u diskusiju uključe naučnici koji se bave raznim disciplinama, i da se razgovara ne samo o pitanju u vezi sa humanim genomom, koji podrazumeva nastanak naslednih promena u ljudskim ćelijama, već i o drugim pitanjima koja se javljaju u oblastima koje mogu imati uticaj na životnu sredinu i njihovim etičkim implikacijama.
Dr Šarpentje, sada kada imamo CRISPR, na koja fundamentalna pitanja iz biologije očekujete da ćemo dobiti odgovore?
Šarpentje: Sada ima posla za mnogobrojne istraživače koji mogu upotrebom CRISPR-Cas9 tehnologije da proučavaju raznolikost organizama, da otkriju neke nove mehanizme, i možda na taj način odagnaju neke dogme koje prate istraživanja određenih tipova ćelija. Istraživači bi mogli da iskoriste CRISPR da prouče mehanizme koji su važni u ranom razvoju života. Posmatranje sličnih mehanizama u velikom broju različitih ćelija može da nam otkrije da je njihova unutrašnja organizacija mnogo sofisticiranija nego što smo mislili. Ta mogućnost me oduševljava. S tim u vezi, ukoliko se poveća finansiranje ovih istraživanja, uključiće se i veći broj biologa koji će tražiti odgovore na mnoga pitanja. U tom smislu, CRISPR editovanje gena je veoma korisna tehnologija.
Šta, po vašem mišljenju, možemo da očekujemo u narednim dekadama?
Dudna: U sledećih desetak ili više godina, CRISPR editovanje gena postaće sastavni deo svakodnevice. Kupovaćemo namirnice koje su nastale uz pomoć ove tehnologije. Odlazićemo kod lekara na terapije koje koriste editovanje gena u lečenju nekih bolesti. I, naravno, videćemo da će editovanje genoma biti sastavni deo istraživanja koja se bave promenama DNK. U ovom trenutku gledamo neverovatan razvoj tehnologije koja će imati upliv u svaki aspekt biološkog sveta u kome živimo.
Šarpentje: Kada se osvrnemo na to kako danas javnost prihvata CRISPR tehnologiju, ideja o modifikovanju genoma biljaka i organizama naići će na bolje opšte razumevanje. Ljudi će shvatiti da ne treba da brinu niti da se plaše. Nadam se da ćemo za desetak godina videti prvi dokaz koncepta ove tehnologije u terapiji nekih genetičkih poremećaja, i da će ona, nadalje, indirektno doprineti razvoju novih terapija u lečenju raka. Zahvaljujući njoj, razviće se, takođe, i druge nove tehnologije.
Milica Momčilović je novinar, televizijski autor i voditelj. Urednik je u Naučnom programu RTS-a. Piše o nauci, medicini i zdravstvu. Intervjuisala je brojne domaće i strane naučnike među kojima i nobelovce, Ričarda Ernsta, Venkija Ramakrišnana i Edvarda Mosera. Predsednica je Svetske federacije naučnih novinara (WFSJ), jedinstvene globalne neprofitne organizacije koja okuplja preko 70 nacionalnih i regionalnih asocijacija, i više od 10.000 novinarki i novinara sa svih kontinenata usredsređenih na izveštavanje o naučnim i tehnološkim dostignućima. Kroz svoj angažman u Federaciji ohrabruje snažan, kritički pristup temama iz nauke, tehnologije, životne sredine i medicine.
Intervju je izvorno objavljen u 23. broju časopisa Elementi.