Potęga genetyki. Kiedy powstanie nadczłowiek przyszłości?

shutterstock
Na naszych oczach rodzi się świat genetycznie zmodyfikowanych ludzi. Czy doprowadzi do podziału na gorszych i lepszych?

Evelyn nie miała szans dożyć trzecich urodzin. A nawet gdyby jej to się jakimś cudem udało, to w tym momencie od dawna cierpiałaby z powodu kłopotów ze ssaniem i połykaniem. Nigdy nie nauczyłaby się siadać. Prawdopodobnie nie byłaby w stanie unosić główki. Tymczasem, gdy odwiedziła ją Jocelyn Kaiser, reporterka czasopisma naukowego „Science", Evelyn nie różniła się tak bardzo od innych trzylatków. Choć – jak dziennikarka napisała w listopadzie 2017 r. – dziewczynka „miała słabe uda i nie mogła normalnie biegać ani skakać", to potrafiła szybko chodzić, tańczyć, podnosić krzesełko i wspinać się na kolana matki. Jej rodzice patrzyli na to z radością i zachwytem. Ich pierwsza córka, która podobnie jak Evelyn chorowała na ostrą postać rdzeniowego zaniku mięśni, zwaną SMA1, zmarła w wieku 15 miesięcy.

Kiedy testy ujawniły tę samą genetyczną chorobę u drugiego dziecka, rodzice byli zdruzgotani. Wiedzieli, że wtedy, w 2014 r., nie istniało jeszcze żadne lekarstwo zdolne powstrzymać postęp SMA1. Przeszukując internet, natrafili jednak na informacje o poszukiwaniu pacjentów do badań nad terapią genową przeciw tej chorobie. Zaryzykowali i zgłosili swoją córkę do tego eksperymentu.

Ofiara lekarskich błędów

W 2014 r. idea naprawiania genów u ludzi podnosiła się właśnie z bolesnego upadku. Wielkie nadzieje, jakie początkowo budziła, runęły z hukiem dokładnie w piątek 17 września 1999 r. Osiem dni wcześniej do szpitala w Filadelfii przyjechał Jesse Gelsinger. Osiemnastolatek był – jak pisze Siddhartha Mukherjee w świetnej książce „Gen" – z natury „beztroski i wyluzowany". Urodził się z mutacją genu, który kodował enzym OTC współodpowiedzialny za metabolizm. „Jeśli brakuje tego enzymu, w ciele odkłada się amoniak – pisze Mukhejree. – Niszczy on komórki i naczynia krwionośne, przenika barierę krew–mózg i powoli zabija neurony mózgowe". Większość osób, które mają mutację tego genu, umiera w dzieciństwie.

U Jessego Gelsingera nie była jednak ona obecna we wszystkich komórkach. Prawdopodobnie pojawiła się spontanicznie w zarodkowym okresie jego rozwoju. Część komórek odziedziczyła więc wadliwą wersję genu, część – zdrową. Dzięki temu Jesse Gelsinger dożył do osiemnastki w dobrym stanie. Choć nie było to łatwe. Codziennie musiał zażywać 32 tabletki obniżające poziom amoniaku we krwi. Był też zobowiązany do przestrzegania bardzo surowej diety. Drobne jej zaburzenia wywoływały katastrofalne skutki. Takie jak choćby to, gdy w wieku czterech lat zjadł nieopatrznie kanapkę z masłem orzechowym. W efekcie zapadł w śpiączkę, z której na szczęście udało się go wyprowadzić.

Gdy więc się dowiedział, że dwaj pediatrzy z Uniwersytetu Pensylwanii w USA, Mark Bathshaw i James Wilson, rozpoczęli próby z eksperymentalną terapią osób z mutacją genu OTC, bardzo się tym zainteresował. Plan uczonych był, jak na tamte czasy, bardzo odważny. Zamierzali wyprodukować wirusy ze zdrową wersją genu OTC i wpuścić je do krwiobiegu pacjenta. Liczyli, że gdy zarazek zainfekuje komórki wątroby, te zaczną wytwarzać brakujący w organizmie enzym. Aby zminimalizować ryzyko powikłań, wybrali do eksperymentów adenowirusa, który u ludzi wywołuje co najwyżej lekkie przeziębienie.

Badania na gryzoniach przyniosły świetne rezultaty. Eksperymenty na małpach wyszły trochę gorzej. Jedno ze zwierząt zmarło. Wilson i Bathshaw zmodyfikowali więc nieco wirusa i przeszli do badań na ludziach. Właśnie w tym momencie do eksperymentu zgłosił się Jesse Gelsinger. Do Filadelfii przyjechał 9 września. Cztery dni później podano mu wirusa z genem OTC. Przez pierwsze kilka godzin Gelsinger czuł się dobrze. Wieczorem jednak dostał 40-stopniowej gorączki. W nocy przestały mu działać nerki, potem płuca, prawdopodobnie doszło również do uszkodzeń mózgu. Kolejnego dnia chłopak zapadł w śpiączkę. 17 września stwierdzono u niego śmierć mózgu i odłączono od aparatury ratującej życie. Lekarze stwierdzili zgon.

Wkrótce potem rozpętała się burza. Wyszły na jaw błędy lekarzy spowodowane ich niefrasobliwością i pośpiesznym dążeniem do sukcesu. Amerykańska Agencja Żywności i Leków (FDA) skontrolowała inne badania kliniczne terapii genowej. W ponad połowie wykryto nieprawidłowości. FDA kazała więc zakończyć wszystkie eksperymenty. Zamiast oczekiwanego przełomu w terapiach genowych zapanował zastój. I to na wiele lat.

Naprawianie zarodków

To, co zniknęło z sal szpitalnych i przestało budzić ekstremalne zainteresowanie mediów, wróciło na swoje właściwe miejsce: do laboratoriów. Choć Wilson i Bathshaw wykazali się brawurą i nadmierną pewnością siebie, to idea, by naprawiać wadliwe geny, miała jednak w sobie sporo słuszności. Po prostu wymagała jeszcze doszlifowania w zaciszu laboratoriów.

To tam odgrzebano odkrycie z 1987 r., kiedy to zespół Yoshizumiego Ishino z Uniwersytetu Osaki w Japonii znalazł dziwne fragmenty DNA u bakterii Escherichia coli. Uczeni nie mieli pojęcia, czemu one miałyby służyć. Nie wzbudziło to więc wtedy szczególnego zainteresowania, ale w 2002 r. odkryto, że takie fragmenty DNA występują też u innych bakterii. A to świadczyło o ich ważności. W 2002 r. Ruud Jansen z Uniwersytetu Utrechtu w Holandii uznał, że przyszedł czas, by nadać im nazwę. Wybrał długie wyrażenie „zgromadzone regularnie przerywane krótkie powtórzenia palindromiczne", które od pierwszych liter angielskiej wersji „clustered regularly interspaced short palindromic repeats" skrócono do CRISPR. Wkrótce odkryto, że CRISPR wraz z enzymem Cas pomaga bakteriom zwalczać zagrażające im wirusy. Potrafi bowiem pociąć ich geny i wstawić między własne jako wzorzec do rozpoznawania wrogów.

W 2012 r. zespoły Jennifer Doudny z Uniwersytetu Berkeley w USA oraz Emmanuelle Charpentier z Uniwersytetu Umea w Szwecji ogłosiły na łamach „Science", że odpowiednio modyfikując ten bakteryjny system, można do DNA wstawić dowolny gen, wyciąć już istniejący, włączyć go lub wyłączyć. Ta metoda modyfikacji genetycznej okazała się łatwa, tania i bardzo precyzyjna. Wraz z jej odkryciem idea modyfikacji genetycznej ludzi wróciła na światowe salony. A skrót CRISPR zaczął być rozpoznawany nawet przez laików.

Już w 2014 r. za pomocą tej metody udało się wyleczyć myszy z dziedzicznej choroby zwanej tyrozynemią. W wyniku mutacji pojedynczego genu ich organizmy nie rozkładały tyrozyny – jednego z 20 aminokwasów budujących białka. Tak samo jak u ludzi, u chorych gryzoni nadmiar tego związku we krwi prowadzi do zaburzeń rozwoju umysłowego, uszkodzeń wzroku i wątroby.

Długo nie trzeba było czekać na podobne eksperymenty na ludziach. Jako pierwszy swe wyniki ogłosił zespół chińskich naukowców kierowany przez Junjiu Huanga z Uniwersytetu Sun Yat-sena w Kantonie. Ich praca, opublikowana w kwietniu 2015 r., była przeprowadzona na zarodkach, które i tak nie miały szans na rozwinięcie się w płód. Dostarczyły je lokalne kliniki leczenia niepłodności metodą in vitro. Zdarza się tam, że jedną komórkę jajową zapładniają dwa plemniki. Tak powstają zarodki o potrójnym zestawie genów, które są skazane na obumarcie. Chińscy badacze postanowili zmodyfikować u nich gen, którego mutacja prowadzi do dziedzicznej choroby zwanej talasemią albo niedokrwistością tarczowatokrwinkową. Osoby nią dotknięte mają zaburzoną strukturę hemoglobiny, co prowadzi do pogorszenia transportu tlenu w organizmie. Objawia się to osłabieniem, męczliwością, dusznościami, upośledzeniem koncentracji czy bólami głowy.

Spośród 86 zarodków, które zespół Huanga poddał manipulacji metodą CRISPR, tylko u niewielkiego ułamka geny zostały zmienione. A i to nie we wszystkich komórkach. Tę pierwszą próbę trudno więc uznać za sukces. Ale wywołała gorącą dyskusję etyczną, co mogą robić naukowcy z ludzkimi zarodkami. Niezależnie od wniosków, jakże różnych, dysputa oswoiła opinię publiczną z tematem modyfikacji genetycznych u ludzi. I tym samym przetarła drogę do kolejnych tego typu eksperymentów.

W 2016 r. swoje wyniki opublikował kolejny chiński zespół z Kantonu – tym razem kierowany przez Yong Fana z miejscowego Uniwersytetu Medycznego. Tym razem celem nie była naprawa wadliwego genu, ale wstawienie nowego. Chodziło o mutację, która zapewnia odporność na wirusa HIV. Spośród 26 zarodków poddanych takiej manipulacji metodą CRISPR cztery przyjęły podany im gen.

Rok później swe wyniki ujawnił zespół Shoukhrata Mitalipova z Oregon Health and Science University w Portland w USA. Celem grupy badawczej stała się naprawa mutacji w genie MYBPC3. Prowadzi ona do przerostu mięśnia sercowego, czyli wrodzonej choroby zwanej kardiomiopatią przerostową. Osoby cierpiące na nią zagrożone są nagłym zgonem. Zespół Mitalipova wstrzykiwał przygotowany wcześniej zestaw CRISPR w komórkę jajową jednocześnie z podaniem plemników. Na 58 zarodków w aż 42 szkodliwa mutacja zniknęła. Uznano to za duży sukces. Wrota do modyfikacji genetycznej zarodków ludzkich zostały otwarte.

Wirusy znów na fali

W cieniu sukcesów metody CRISPR znaleźli się naukowcy, którzy postanowili wrócić do podawania ludziom genów za pomocą wirusów. Po śmierci Jessego Gelsingera zarzucili użycie adenowirusów. Niektórzy sięgnęli po HIV. Wykorzystali go w eksperymentalnej terapii choroby układu nerwowego zwanej adrenoleukodystrofią, w skrócie ALD. Objawia się ona między innymi atakami padaczkowymi oraz zaburzeniami koordynacji ruchowej. Choroba postępuje, prowadząc do trwałej i silnej niepełnosprawności lub do śmierci. Badacze pobierali od chorych na ALD komórki macierzyste z krwi, a następnie, już w laboratorium, za pomocą wirusa HIV wstawiali im poprawną wersję szwankującego genu. Potem wstrzykiwali je z powrotem pacjentom. Część komórek docierała do mózgu i tam produkowała brakujące białko. Podobno taka terapia powstrzymała rozwój ALD u 15 chłopców.

Ale wirusa HIV raczej nie dało się bezpośrednio wstrzykiwać do ciała ludzi, by naprawiać wadliwe geny. Budził zbyt groźne skojarzenia z ciężką chorobą. Dlatego Brian Kaspar i Jerry Mendell z Nationwide Children's Hospital w Ohio do badań wybrali zupełnie nieszkodliwego wirusa AAV. U myszy docierał on bez kłopotu do mózgu. Kaspar, Mendell i ich współpracownicy postanowili więc przejść do badań na ludziach. Na cel wybrali SMA1 – najczęstszą genetyczną przyczynę śmierci niemowląt. W pierwszej fazie badań podali wirusa wraz z poprawną wersją genu 15 dzieciom. Trójka otrzymała niską dawkę, a dwunastka, w tym Evelyn – wysoką. Z tego tuzina po ponad roku żadne dzieci nie zmarło. 11 potrafiło siedzieć bez pomocy, mówić i połykać. Dwoje samodzielnie chodziło. – To nie było skromne ulepszenie. To jest zmiana przełomowa. To coś, czego od zawsze oczekiwaliśmy od terapii genowej – komentował James Wilson (ten sam, który podał pechowe adenowirusy Gelsingerowi).

Takie sukcesy przywróciły nadzieje na modyfikacje genetyczne ludzi. Tym razem w pełni uzasadnione i realne. W badaniach klinicznych są już terapie genowe siatkówek u osób niewidomych od urodzenia, a także hemofilii, talasemii czy nawet choroby Parkinsona.

Naukowcy nie zatrzymują się jednak na poprawianiu wadliwych genów – czy to u dorosłych, czy u dzieci, czy u zarodków. Marzy im się zupełnie nowy, wspaniały świat. Prawdopodobnie nie będą już nawet ograniczeni pobieraniem komórek jajowych i plemników od ludzi. Już dziś można przecież wziąć na przykład komórkę skóry od człowieka i zmodyfikować ją w komórkę macierzystą, czyli zdolną do przekształcenia w dowolną tkankę. Następnie da się zmienić jej geny za pomocą CRISPR, potem przekształcić w komórkę jajową lub plemnik i wytworzyć zarodek. Dzięki temu niepłodne kobiety będą mogły wyprodukować setki komórek jajowych, a mężczyźni, u których zdiagnozowano azoospermię, czyli całkowity brak plemników w ejakulacie, dostaną swe komórki płciowe z laboratorium. W dodatku będą już one miały naprawione geny, co zapobiegnie dziedziczeniu niepłodności przez ich potomków.

George Church z Uniwersytetu Harvarda w rozmowie z reporterem „MIT Technology Review" powiedział, że CRISPR pozwala na zrobienie czegoś więcej niż tylko eliminację genów chorobowych. Za pomocą tej metody można nas ulepszać. Pokazał listę dziesięciu spotykanych niekiedy wśród ludzi genów, które dają im nadzwyczajne moce. Pod wpływem jednego z nich kości stają się tak twarde, że łamią się na nich wiertła chirurgiczne. Inny chroni przed chorobą Alzheimera i demencją starczą – szczęśliwcy, którzy go dostali w prezencie od rodziców, zachowują bystry umysł do późnego wieku. Dlaczego i inni ludzie nie mogliby skorzystać z jego dobrodziejstw? – Zmiana genów dojdzie do takiego punktu, że stanie się ekwiwalentem chirurgii kosmetycznej – przewiduje George Church.

Nick Bostrom, filozof z Oksfordu, opowiedział się nawet za genetycznym usprawnianiem ludzkiej inteligencji. Jeśli uda się w ten sposób ulepszyć choćby niewielką grupkę ludzi, to być może ich pomysłowość i mądrość pozwoli na rozwiązanie największych problemów ludzkości. Oczywiście, za każdym takim stwierdzeniem kryje się strach, że ci genetycznie ulepszeni ludzie nie wykorzystają swoich supermocy do naprawiania świata, a nawet do podporządkowania go sobie. W końcu nawet najbardziej inteligentny człowiek pozostaje tylko człowiekiem. Takie obawy mogą więc zahamować rozwój manipulacji genetycznych u ludzi. Czy jednak warto blokować technologię, która pozwoliła zatańczyć małej Evelyn?

Cytaty z „Genu" Siddharthy Mukherjee w tłum. Jana Dzierzgowskiego (Wyd. Czarne, Wołowiec 2017)

PLUS MINUS


Prenumerata sobotniego wydania „Rzeczpospolitej”:


prenumerata.rp.pl/plusminus


tel. 800 12 01 95

Źródło: Plus Minus

REDAKCJA POLECA

NAJNOWSZE Z RP.PL