Hol tart ma a klónozás, mire jó a génszerkesztés, és mire képesek a biohackerek? Ilyen volt a Qubit Live #2
Miután tavaly decemberben a nyelvészet és a robotika határvidékét járta körül a Qubit első közösségi estje, hétfői második rendezvényünkön az egyre hangosabban dübörgő DNS-forradalomról, a genetika különböző elágazásainak történetéről, legfrissebb eredményeiről hallgathatott előadásokat az egyes területek neves kutatóitól a Trip Hajó telt házas, több mint százötven fős közönsége.
Az előadásokban röpködtek olyan tudományos hívószavak, mint a genomszekvenálás, a génszerkesztés, az antibiotikum-rezisztancia, az őssejtkutatás, a klónozás vagy a biohacking, és a meghívott vendégek úgy merültek el ezek részleteiben, hogy a mély szakmázás – amelyre az előadások utáni kötetlen beszélgetések is teret adtak – mellett közérthetően, életközeli példákkal illusztrálták a modern genetika vívmányait.
Génszerkesztés: gyógyászat vagy dizájnerbébik?
„Vannak módszereink [...] amelyek révén különféle új, az eddig ismertekhez nem hasonló növényeket hozunk létre, és amelyekkel a növényeket egyik fajtából a másikba változtatjuk át. Vannak bizonyos eljárásaink, amelyeknek segítségével egyes állatokat nagyobbakká vagy magasabbakká teszünk, mint amilyen saját fajtájuk szokott lenni, de ennek fordítottját is elérjük, vagyis megállítjuk fejlődésüket, kisebbekké, termékenyebbekké és szebbekké vagy éppen meddőkké és terméketlenné tesszük őket. Sokféleképpen meg tudjuk változtatni az állatok színét, alakját és életerejét is”
– ezzel az idézettel kezdte előadását a Qubiten is rendszeresen publikáló Varga Máté, az ELTE Genetikai Tanszékének kutatója. Ezeket bármelyik kortárs genetikus mondhatta volna, pedig az idézet 1626-ból származik, Francis Bacon angol filozófus Új Atlantisz című, befejezetlen utópisztikus regényéből.
Hosszú volt az út, de mára gyakorlatilag valóra vált Bacon közel 400 éves jövőképe, különböző fajok módosíthatók irányított mutációval, praktikusabb formába öntve: ilyen a szarv nélküli szarvasmarha, az extra izmolt sertés vagy a barnulásmentes gomba. Bár a megszekvenált fajok száma az elmúlt 25 évben töretlenül nőtt a nulláról ma már 7000 fölé, ez még mindig semmi, ha azt nézzük, hogy becslések szerint 10-15 millió eukarióta faj (növény, állat, gomba stb.) él a Földön, és ezek közül is csak másfél milliót ismer a tudomány.
Az emberi genom (tehát a szervezet teljes, DNS-ben kódolt örökítő információja) feltárása 2000-ben óriási eredménynek számított, de sokáig nem volt látható haszna. A szekvenálás költsége 2007 környékén kezdett drasztikus csökkenésbe (pár év alatt több ezer dollárról néhány centre esett az ára egymillió bázisonként), ezzel párhuzamosan nőtt a teljes emberi genomszekvenciák száma – a jelenlegi ütemben 2025-re már milliárdnyi szekvencia állhat rendelkezésre. Ez azért fontos, mert ugyan két ember genomja átlagosan 99,4 százalékban megegyezik, a komplex betegségek gyakran a maradék 0,6 százalékban vannak kódolva.
A CRISPR-Cas9 génszerkesztési módszer bemutatása után az eljárás etikai dilemmáiról is beszélt Varga: a Nature Biotech egyik 2017-es kutatásának bemutatásából például kiderült, hogy a magyarok 80 százalékban támogatják a gyógyászati célú genomszerkesztést, de irtóznak az egyes tulajdonságok javítására irányuló beavatkozások gondolatától – ilyen volt például a HIV-rezisztenssé szerkesztett kínai ikerpár, Lulu és Nana hírhedt esete. A kutató szerint azonban egyelőre nem kell félni a dizájnerbébi-korszaktól, hiszen míg a gyógyászatban hatékonyan lehet alkalmazni a génszerkesztési eljárásokat, addig a komplex tulajdonságokat (mint például a magasság) olyan sok különböző gén határozza meg, hogy ezek irányított módosítása egyelőre elképzelhetetlen.
Korán adtuk fel a harcot a baktériumok ellen
A természet fölötti növekvő emberi kontrollt jól példázza az antibiotikumok története is. Azok ugyanis több százmillió éve léteznek, hiszen az együtt élni képtelen baktériumok biomolekulák kibocsátásával hoznak létre antibiotikumokat a másik életfolyamatának ellehetetlenítésére. Ezt a természeti fegyverkezési versenyt sikerült kihasználnia az embernek a 19-20. század fordulóján, amikor először szintetizáltak antibiotikumokat – fejtette ki előadásában Pál Csaba, az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpontjának tudományos főmunkatársa.
A huszadik század elején-közepén felfedezett antibiotikum-típusok gyógyászati felhasználása körülbelül az 1980-as években vált túlzottá és feleslegessé – sokszor a mai napig automatikusan írnak fel antibiotikumokat az orvosok, még vírusfertőzés esetén is, miközben kizárólag a bakteriális fertőzésekre jelentenek gyógymódot. De alapvető kozmetikumokban is feltűnnek, és az állattenyésztésben is szívesen használják a haszonállatok hizlalására – utóbbit az EU-ban már 2006 óta tiltják, de például az USA-ban máig az antibiotikumok 70 százalékát az állattenyésztők használják fel.
Többek között ennek a túlhasználatnak is köszönhető, hogy mára jelentősen megugrott a szuperbaktériumok, vagyis a többféle antibiotikumnak is ellenálló, multidrogrezisztens variánsok, amelyek az orvostudomány egyik legnagyobb kihívását jelentik. Ennek ellenére nem mutat sok jel arra, hogy újra tömegesen felpörgetnék az új antibiotikumok fejlesztésének az utóbbi évtizedekben lelassult ütemét – a jelentős piaci szereplők száma lecsökkent, a hosszadalmas és bonyolult tesztelési elfogadtatási fázisok miatt pedig nem is éri meg erre koncentrálniuk a gyógyszergyártóknak.
Pál Csaba laborja tavaly mutatta be a DIvERGE nevű módszerét, amely gyorsan és precízen képes kimutatni antibiotikumok, köztük még fejlesztés alatt álló molekulák ellen fellépő rezisztenciafolyamatokat, amivel akár tízszeresen meg lehet gyorsítani az antibiotikum-tesztelési fázist, csökkentve az előállítási költségeket is.
Biotechnológia házilag
A „csináld magad biológia” jelensége a hétköznapi madárfigyelés vagy bogárgyűjtögetés szintjén már rég megjelent, de mára a molekuláris biológia területén is elérhetővé váltak olyan olcsó eszközök és módszerek, amelyekkel házilag is lehet DNS-vizsgálatokat végezni – mondta Sebestyén Endre, a Semmelweis Egyetem rákkutatója, bioinformatikusa.
A biohacker kultúra kialakulását a DNS szerkezetének 1953-as leírásától az emberi genom 2000-es feltárásán át a moduláris alkatrészek elterjedéséig jól lehet követni, de addig nem igazán válhatott valósággá, amíg meg nem jelentek az olyan eszközök, mint a diagnosztikai tesztelésre alkalmas PCR (polimeráz-láncreakció) készülékek, az egysejtes szekvenálásra is alkalmas 3D nyomtatók vagy például az Arduino nevű, nyílt forráskódú elektronikai fejlesztőplatform, amely a DNS detektálását is lehetővé teszi.
Idővel jelentős biohacking-közösségek is alakultak, a szilícium-völgybelii BioCurious például felszerelést, anyagokat és labort biztosít a hobbikutatóknak, a kísérletekhez szükséges „legódarabokat”, biológiai építőelemeket pedig az MIT-n alakult iGEM adatbázisából (Registry of Standard Biological Parts) lehet elérni. De ide tartozik a házi genetikai teszteket gyártó 23andMe története is, amely nyálmintával működő tesztkészletet biztosít a felhasználóinak.
Ezek segítségével ma már elterjedtté vált, hogy biotechnológiai startupok konferenciáján élőben tesztelik a különféle házi módszereket, de az egyik legismertebb biohacker-akció Gabriel Licina nevéhez fűződik, aki gerillakísérletében egy klorofillszerű anyagot csepegtetett a szemébe, hogy átmenetileg éjjellátó képességgel ruházza fel magát. Amellett, hogy a beavatkozás után két órával már tisztán látott mások számára kivehetetlen tárgyakat és feliratokat, másnap mindenféle káros szövődmény nélkül visszaállt a normális látása.
Csipkerózsika és a rákkutatás
A huszadik század közepéig az volt az általános vélekedés, hogy a gének statikusak, vagyis nem mozdulnak el az elrendelt helyükről. Ezt az 1940-es években Barbara McClintock felfedezése változtatta meg, aki a kukorica DNS-ében észlelt olyan szakaszokat, amelyek helyet változtatnak a génállományon belül – ezeket ugráló géneknek, hivatalosabban transzpozonoknak nevezték. McClintock kutatásait sokáig nem vették komolyan, és csak 1983-ban kapta meg az orvosi Nobel-díjat, amikor már több kutatás is igazolta a transzpozonok létezését.
Bár az ugráló gének működése akár komoly genetikai károsodást is okozhat a gazdaszervezetnek, ezek többsége az evolúció során inaktiválódott, így nem jelentenek veszélyt. Sőt, az elmúlt néhány évtizedben a genetikusok rájöttek, hogy mobilitásuknak köszönhetően akár hasznos hordozók is lehetnének, különböző géneket bejuttatva a sejtekbe, de aktív transzpozonok híján ez csak elméleti lehetőség volt. Az 1990-es években végül egy magyar kutató vezetésével sikerült életre kelteni egy 20 millió éve inaktív, halból származó transzpozont.
Az áttörést elérő magyar tudós a molekuláris orvoslással foglalkozó, berlini Max Delbrück Center nemzetközi hírű kutatója, Izsvák Zsuzsanna volt, aki hétfői előadásában bemutatta a Csipkerózsikának elnevezett gén működését és lehetséges felhasználásait. Transzgenezissel már több gerinces állatot módosítottak így, például zölden fluoreszkáló malacokat létrehozva, de az emberi génterápiában is nagy jövőt jósolnak neki.
2013-ban a Science az év áttörésének nevezte a transzpozonok rák immunterápiában való felhasználását – ezt genetikailag manipulált immunsejtekkel lehet véghezvinni, amik felismerik és elpusztítják a ráksejteket. Az amerikai gyógyszerfelügyeleti hatóság 2017 júliusában engedélyezte az egyik gyártónak az erre az elvre alapuló immunterápiás készítményének klinikai alkalmazását, ami a gyerekkori leukémiára jelent gyógymódot, de más ráktípusokra való felhasználására is folynak már klinikai vizsgálatok.
Az őssejtek csodát tehetnek, de örök életre nem kell várni
Végül Dinnyés András, a Szent István Egyetem Gábor Dénes-díjas kutatója, a Biotalentum Tudásfejlesztő Kft. alapítója vette birtokba a Trip Hajó színpadát, aki a genetikai újraprogramozás és az őssejtekkel végzett regenerációs orvoslás lehetőségeiről tartott előadást.
Az öregedő társadalomban egyre nagyobb teret kapnak az olyan betegségek, ahol a sejtek pusztulása, elöregedése a fő probléma, például a szívinfarktus, az Alzheimer-kór, a Parkinson-kór, az időskori elbutulás vagy az 1-es típusú cukorbetegség (T1D). A DNS-forradalom egyik célja ezért a magas életminőségű, hosszú és aktív időskor biztosítása, amihez olyan eszközök állnak már rendelkezésre, mint az őssejtterápiák, a sejtek genetikai újraprogramozása vagy az állatokban növesztett szervek felhasználása.
Fontos kiemelni, hogy a terápiában felhasználható őssejteknek két típusa létezik: a pluripotens és a multipotens őssejtek. Pluripotens például az embrionális őssejt, amely az emberi test minden sejttípusává képes átalakulni, míg multipotens a magzati és a köldökzsinórvérből vett őssejt, amelyek csak bizonyos sejtekké tudnak alakulni.
A klónozás lehetősége technológiailag rég nem kérdés, Dolly bárány 1996-os klónozása óta már rengeteg példát láttunk rá, többek közt az első felnőtt testi sejtből klónozott magyar egér, Klonilla 2006-os létrehozásánál, de az etikai aggályok máig akadályozzák a területet. Emberek esetében még akkor is, ha nem teljes szervezetet akarnak létrehozni, hanem terápiás céllal tenyésztenének őssejteket: a művelethez ugyanis egyfelől emberi petesejtek szükségesek ami Dinnyés szerint „nem terem minden bokorban”, illetve emberi embriókat kell létrehozni, amit számos országban törvények tiltanak.
Ezért volt akkora áttörés Shinya Yamanaka japán kutató 2012-ben Nobel-díjat ért felfedezése, miszerint a sejtek differenciálódása visszafordítható, és azok újból pluripotenssé tehetők. Az így nyert indukált pluripotens őssejteket (iPS) akár felnőtt testi sejtekből is vissza lehet alakítani, tehát az etikai kérdéseket felszámolta. A pluripotens őssejteket már klinikailag tesztelik gerincvelő-szakadás, Parkinson-kór, vakság vagy T1D esetében, és bár a jelentős nemzetközi verseny (USA, EU, Japán, Kína) jót tesz, még évekig eltarthat a hatékony őssejtterápia kialakulása.
Dinnyés szerint azért nem kell mohónak lenni a csodavárással: a cél, a minőségi öregkor elérhető, de örök életről nem kell álmodozni.
A Qubit Live #2 létrejöttét a Solvo Biotechnológiai Zrt., a KPMG, a Magyar Biotechnológiai Szövetség és a Medipredict Kft. támogatta.
Az előadások hamarosan megtekinthetők a Qubit Youtube-csatornáján, az est rövid videós zanzáját pedig alább láthatjátok:
Kapcsolódó cikkek a Qubiten: