Δευτέρα 5 Δεκέμβριος 2016 Βρείτε μας στο FacebookΒρείτε μας στο GooglePlus

Ο Θαυμαστός Καινούργιος Κόσμος

art-of-the-cell-crispr-cas9-in-complex-with-guide-rna-and-target-dna

Του Γεωργίου Π. Χρούσου * 

 Δεύτερη Επίσκεψη με το Σύστημα CRISPR-Cas9

«Θεοί μεν γαρ μελλόντων, άνθρωποι γιγνομένων, σοφοί δε προσιόντων αισθάνονται» (Φιλόστρατος, Τα ες Τυανέα Απολλώνιον, 2ος αιώνας CE).
To 1931, o Άλντους Χάξλεϊ έγραψε ένα εξαιρετικά «ευπώλητο» βιβλίο επιστημονικής φαντασίας με τον τίτλο «Ο Θαυμαστός Καινούργιος Κόσμος». Σ’ αυτό περιέγραψε μία μελλοντική δυστοπία, έναν νέο κόσμο, στον οποίο τα επιτεύγματα της επιστήμης και της τεχνολογίας έχουν προκαλέσει τεράστιες αλλαγές στο άτομο και στη δομή και λειτουργία της κοινωνίας. Ο πρωταγωνιστής ήταν ένας νέος άνδρας, ο κ. Άγριος, που μεγάλωσε έξω από αυτή την κοινωνία, και που εκπλήσσεται με όσα βλέπει και ακούει όταν βρεθεί μέσα της.

Το βιβλίο του Χάξλεϊ είχε τεράστιο αντίκτυπο. Διαβάστηκε ευρέως, μεταφράστηκε σε πάμπολλες γλώσσες, συζητήθηκε έντονα και υπήρξε σημαντικό ερέθισμα για συγγραφείς, όπως ο Τζορτζ Όργουελ, που οραματίστηκαν δικές τους δυστοπίες. Το 1958, ο Χάξλεϊ έγραψε το βιβλίο «Ο Θαυμαστός Καινούργιος Κόσμος σε Επανεπίσκεψη», στο οποίο ανέτρεξε στις αλλαγές της επιστήμης που έλαβαν χώρα από τη δημοσίευση του πρώτου του βιβλίου.

Στον «Θαυμαστό Καινούργιο Κόσμο», ο άνθρωπος έχει καταφέρει να ελέγξει μεγάλα προβλήματα της ανθρωπότητας, όπως τον υπερπληθυσμό, τους πολέμους και την εγκληματικότητα, χρησιμοποιώντας την επιστήμη και την τεχνολογία ως μέσα επιρροής και επιβολής. Αναμφίβολα, η Επιστήμη και η Τεχνολογία, δηλαδή  η χρήση του Λόγου από τον άνθρωπο, είναι στενά συνδεδεμένες με τον μοναδικό και θαυμαστό ανθρώπινο πολιτισμό. Όμως, η δύναμη του Λόγου για να είναι επωφελής πρέπει να χρησιμοποιείται  σωστά, δηλαδή ορθολογικά και ηθικά, με επίκεντρο τις αρετές και αξίες του ανθρώπου και το ατομικό και γενικό καλό. Η δυστοπία του Χάξλεϊ δείχνει πως η επερχόμενη πρόοδος θα μπορούσε να έχει εφιαλτικές επιπτώσεις στην ανθρωπότητα.

Ο Χάξλεϊ προέβλεψε επιτεύγματα της επιστήμης και της τεχνολογίας, μερικά από τα οποία ήδη ήλθαν ή είναι καθ’ οδόν. Η κοινωνική υπεροργάνωση, η προπαγάνδα, η πλύση εγκεφάλου, η πιθανή χρήση χημικών ουσιών για τον έλεγχο της συμπεριφοράς, η κλωνοποίηση, η εξωσωματική γονιμοποίηση, είναι εδώ και προοδεύουν τάχιστα. Η σωστή χρήση τους θα εξαρτηθεί από εμάς και τους απογόνους μας.

Δύο παραδείγματα από τον «Θαυμαστό Καινούργιο Κόσμο» του Χάξλεϊ δείχνουν μία πιθανή, φρικτή χρήση του Λόγου στην «υπηρεσία» (!) του ανθρώπου. Πρώτον, η «διαδικασία του Bokanovsky», δηλαδή, η εξωσωματική γονιμοποίηση, η κλωνοποίηση εμβρύων, και η ανάπτυξή τους έξω από τη μήτρα προσφέρουν τη δυνατότητα της παρέμβασης στη διαδικασία της εμβρυογένεσης, ώστε να παραχθούν «κάστες» ανθρώπων με κοινωνική διαβάθμιση και ιδιαίτερα χαρακτηριστικά. Πέντε τέτοιες κάστες, από τον τύπο Α (ανώτερη κάστα) έως τον τύπο Ε (κατώτερη κάστα) αντίκρυσε ο κ. Άγριος στον «Θαυμαστό Καινούργιο Κόσμο» του Χάξλεϊ. Δεύτερον, «το πείραμα της Κύπρου»,  που έδειξε ότι μία ομοιογενής κοινωνία, με μόνο «τύπου Α» ανθρώπους, αδυνατεί να οργανωθεί και να διοικηθεί σωστά, καταλήγοντας σε «αποτυχημένη πολιτεία».

Ο άνθρωπος αποτελεί το πιο περίπλοκο γνωστό ον της φύσης. Διαθέτει γενετικό υλικό που οργανώνεται σε 38.000 γονίδια, με τα περισσότερα από αυτά να είναι ρυθμιστικά και όχι δομικά, ένα από τα πολλά χαρακτηριστικά που διακρίνουν το είδος από άλλους οργανισμούς. Ένα και μόνο κύτταρο από τα περίπου 20 τρισεκατομμύρια του ανθρώπινου οργανισμού διαθέτει το πλήρες γενετικό σχέδιο του τελευταίου γραμμένο στο DNA, καθώς και, ίσως, περισσότερες από 200.000 πρωτεΐνες.

Ένα μεγάλο μέρος, πάνω από το 98 %, του ανθρώπινου DNA μέχρι πρόσφατα θεωρείτο άχρηστο και αχρείαστο, γι’ αυτό και είχε ονομαστεί DNA «σκουπίδι». Σήμερα, γνωρίζουμε ότι κάθε άλλο παρά σκουπίδι είναι. Εμπεριέχει σημαντικές ρυθμιστικές περιοχές που περιλαμβάνουν και μη κωδικοποιητικά γονίδια, τα οποία παράγουν σαν τελικό προϊόν όχι πρωτεΐνη αλλά RNA, το οποίο παίζει ρόλο στη ρύθμιση πολλών γονιδίων. Σημειωτέον ότι από τα περίπου 38.000 γονίδια του ανθρώπου, τα 18.000 είναι μη κωδικοποιητικά.

Το κύτταρο μπορεί να μετατρέψει τη λειτουργικότητα των γονιδίων μας, αλλάζοντας είτε τη βιοχημεία του DNA μας, είτε των πρωτεϊνών που το συνοδεύουν. Για παράδειγμα, προσθέτοντας ομάδες μεθυλίου στο DNA ή ακετυλίου στις πρωτεΐνες που το πακετάρουν, αρκεί για να αλλάξει η λειτουργικότητα του DNA, δηλαδή η ενεργοποίηση ή σιώπηση συγκεκριμένων γονιδίων. Φυσικά, γι’ αυτές τις διεργασίες υπάρχουν ειδικά ένζυμα. Το φαινόμενο της αλλαγής της χημείας και λειτουργίας των γονιδίων μας χωρίς αλλαγή της ακολουθίας του DNA έχει ονομαστεί «επιγενετική». Σημειωτέον ότι ο όρος «επιγένεσις» χρησιμοποιήθηκε πρώτα από τον Αριστοτέλη για να περιγράψει την επίδραση του περιβάλλοντος στη φύση του ανθρώπου.

Πολλές πρόοδοι χαρακτηρίζουν την ανθρωπότητα σήμερα. Η φαρμακολογία έχει αποκτήσει τεράστιες δυνατότητες στην ανάπτυξη και παραγωγή μικρών μορίων που στοχεύουν σε ειδικούς μοριακούς στόχους. Η βιοτεχνολογία έχει οδηγήσει στην παραγωγή βιολογικών προϊόντων που επηρεάζουν διάφορα ανοσολογικά και μεταβολικά μονοπάτια. Οι μέθοδοι απεικόνισης, όπως οι υπέρηχοι, η αξονική και μαγνητική τομογραφία και το PET, έχουν εξελιχθεί ήδη σε μεγάλους αρωγούς στη διάγνωση και θεραπεία πολλών νοσηρών καταστάσεων. H ενδοσκοπική διάγνωση και χειρουργική έχουν κάνει τεράστια βήματα μπροστά, ανακουφίζοντας εκατομμύρια ανθρώπων από τα επακόλουθα του ανοιχτού χειρουργικού τραύματος.

Η μοριακή και κυτταρική βιολογία αναπτύσσονται ραγδαία ενώ, παράλληλα, η βιο-υπολογιστική και βιο-πληροφορική γίνονται όλο και πιο αναγκαίες στη μελέτη της βιολογίας και ιατρικής. Η ανάγνωση του ανθρώπινου γονιδιώματος έδωσε το έναυσμα στην επιτάχυνση της γενετικής διάγνωσης και στην κατανόηση των μονογονιδιακών και πολυγονιδιακών νόσων. Αναπτύχθηκε η γενωμική, η πρωτεομική, η τρανσκριπτωμική και μεταβολομική, δηλαδή η λεπτομερειακή ανάγνωση του γονιδιώματος, των πρωτεϊνών, των μεταγραφημάτων RNA και των μικρών εξωκυττάριων και ενδοκυττάριων μεταβολιτών μας. Αναγνωρίσαμε μηχανισμούς ρύθμισης των γονιδίων μας και του γονιδιώματός μας  που συνιστούν την επιστήμη της επιγενετικής και επιγενωμικής, μάθαμε να χειριζόμαστε εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα και, το σπουδαιότερο, να μετατρέπουμε διαφοροποιημένα κύτταρα σε πολυδύναμα στελεχοκύτταρα (iPSC). Τελευταία, αναγνωρίσαμε μηχανισμούς που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να μετατρέψουμε την ακολουθία γονιδίων κατά το δοκούν. Αυτή η τεχνολογία υπόσχεται πολλά, αλλά είναι και άκρως επικίνδυνη όπως θα δούμε παρακάτω.

Πολλά ερευνητικά εργαστήρια μοριακής βιολογίας έχουν προσπαθήσει τα τελευταία χρόνια να αναπτύξουν τεχνικές «γενετικής χειρουργικής», μέσω των οποίων να μπορούμε να μετατρέπουμε την ακολουθία και, συνεπώς, τη λειτουργία του DNA. Τρεις τέτοιες τεχνολογίες αναπτύχθηκαν αλλά αποδείχθηκαν, τεχνικά, πολύ δύσκολες. Ευτυχώς, τα τελευταία  χρόνια, επιστήμονες από τα Πανεπιστήμια Stanford και  Harvard σκέφτηκαν να μελετήσουν ένα μοριακό σύστημα που χρησιμοποιούν τα βακτηρίδια για να καταστρέφουν ειδικούς μικροβιακούς ιούς, τους λεγόμενους φάγους, όταν αυτοί διεισδύουν μέσα στο κύτταρο, κόβοντας το DNA τους σε κομμάτια. Το ίδιο σύστημα «θυμάται» τους εχθρικούς ιούς και είναι έτοιμο να τους καταστρέψει όταν αυτοί επανεμφανιστούν. Το σύστημα αυτό είχε ονομαστεί, από τη δεκαετία του 1980, Clustered, Regularly Interspaced, Short Palindromic Repeat (CRISPR)-Cas9.

Το CRISPR-Cas9 αποτελεί ένα μοριακό σύστημα ανοσίας των βακτηριδίων εναντίον εχθρικών ιών, που όχι μόνο αδρανοποιεί τους ιούς που τους επιτίθενται, αλλά και χρησιμεύει σαν εμβόλιο για επόμενες επιθέσεις. Το αποτελεσματικό αυτό αντι-ιικό σύστημα έχει την ικανότητα να ενσωματώνει το ιικό DNA στο γονιδίωμά του, να το μεταγράφει σε RNA συμπληρωματικό του DNA του ίδιου του ιού, και, εν συνεχεία, να το χρησιμοποιεί σαν οδηγό για την αναγνώριση και εξουδετέρωση του ιικού DNA. Κατ? αυτόν τον τρόπο, θεωρητικά και πρακτικά, χρησιμοποιώντας αυτό το σύστημα μπορούμε να προκαλέσουμε αλλαγές σε οποιαδήποτε ακολουθία του DNA, κατασκευάζοντας οδηγούς RNA κατά το δοκούν.

Το σύστημα CRISPR-Cas9, αυτή η πολύτιμη και ευέλικτη μοριακή μηχανή, προσαρμόζεται εύκολα σε ζωικά κύτταρα θηλαστικών και ήδη χρησιμοποιείται in vitro σε πολλές εφαρμογές. Αποτελεί ένα μοριακό νυστέρι που μετατρέπει κατά το δοκούν την ακολουθία και λειτουργία του DNA σε πολλά είδη κυττάρων και σε ζώντες οργανισμούς. Το ίδιο σύστημα στρατολογεί συγκεκριμένα κομμάτια του DNA/RNA για να ρυθμίσει την έκφραση ενδογενών γονιδίων ή να σηματοδοτήσει ειδικούς γονιδιακούς τόπους σε ζώντα κύτταρα.

Η τεχνολογία CRISPR-Cas9, αυτήν τη στιγμή χρησιμοποιείται επιτυχώς στη λεπτομερή μελέτη του γονιδιώματος, ιδίως σημαντικών ρυθμιστικών περιοχών στο εν πολλοίς άγνωστο «DNA σκουπίδι», καθώς και γονιδίων των οποίων η λειτουργία είναι ακόμη άγνωστη. Επίσης, χρησιμοποιείται στη γενετική μηχανική με μετατροπή πολλαπλών γενετικών στόχων. Τελευταία, η τεχνολογία αυτή κατόρθωσε να καταστρέψει τελείως τον HIV-1 σε μολυσμένα ζώντα κύτταρα, ενώ γίνεται προσπάθεια να μεταλλάξει και το γονιδιακό DNA ζώντων οργανισμών. Ήδη, η τεχνολογία αυτή έχει συμβάλλει στην δημιουργία πολλών χρήσιμων ζωικών προτύπων.

Πέραν της τεράστιας διαγνωστικής χρήσης της CRISPR-Cas9 στον άνθρωπο που έρχεται σύντομα, είναι η μελλοντική θεραπευτική της αξία που μας επιτρέπει αισιοδοξία αλλά και ανησυχία για το μέλλον. Πρώτον, όταν λυθούν ορισμένα τεχνικά προβλήματα θα μπορέσουμε να πάρουμε διαφοροποιημένα κύτταρα ενός ασθενούς, να τα μετατρέψουμε σε πολυδύναμα σωματικά βλαστοκύτταρα ( iPSC ) χρησιμοποιώντας γνωστούς πλέον παράγοντες αναπρογραμματισμού, να τα τροποποιήσουμε γενετικά, διορθώνοντας τυχόν νοσογόνες μεταλλάξεις χρησιμοποιώντας CRISPR-Cas9, να τα πολλαπλασιάσουμε αρκούντως, και να τα χορηγήσουμε στον ίδιο τον ασθενή.  Μονογονιδιακές και ίσως και πολυγονιδιακές ασθένειες θα μπορούν να θεραπευθούν με τη χρήση της CRISPR-Cas9.

Μία άλλη πιθανή εφαρμογή η οποία είναι ήδη καθ’ οδόν είναι η προεμφυτευτική χρήση της CRISPR-Cas9 για διορθώσεις γενετικών λαθών στο DNA του εμβρύου.

Η τεχνολογία CRISPR-Cas9, με τις πιθανές πάμπολλες μελλοντικές  χρήσεις της, δεν θα άφηνε το ιδιωτικό κεφάλαιο των Ηνωμένων Πολιτειών αδιάφορο. Ήδη, διάφορες πατέντες έχουν κατατεθεί και τρεις νέες εταιρείες τύπου start-up έχουν ιδρυθεί. Μολονότι το βαθύ μέλλον είναι αόρατο, μία τόσο δυνατή τεχνολογία με τόσες πιθανές εφαρμογές θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί με ιδιαίτερη προσοχή και μόνο για το καλό του ανθρώπου και της ανθρωπότητας. Δεν είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ανήθικες εφαρμογές που θα μπορούσαν να οδηγήσουν την ανθρωπότητα σε μία ανίερη δυστοπία. Τα λόγια του Πλάτωνα στον διάλογο «Μενέξενος» ισχύουν σήμερα, όπως και τότε στην εποχή του «…επιστήμη χωριζομένη αρετής πανουργία ού σοφία φαίνεται…»

ΑΠΟ ΤΟ ΑΠΕ- ΜΠΕ

* Ο Γεώργιος Π. Χρούσος είναι Διευθυντής Καθηγητής Παιδιατρικής στην Α’ Παιδιατρική Κλινική Παν/μίου Αθηνών και Τακτικός καθηγητής της Παιδιατρικής στο Πανεπιστήμιο Georgetown, στην Ουάσινγκτον.

LinkedIn