Tudományos dráma a génszerkesztés körül: miért ez a két tudós kapott Nobel-díjat a CRISPR/Cas9 feltalálásáért?

Nincsen túlélhető és fenntartható jövőnk tudomány nélkül, ahogy nekünk sincsen nélkületek. Támogasd a Qubit munkáját!

A kémiai Nobel-díj történetében 2020-ig nem fordult elő, hogy két nő kapja az elismerést. A francia Emmanuelle Charpentier és az amerikai Jennifer A. Doudna így történelmet írt, amikor a modern génszerkesztési eljárások, azon belül is a CRISPR/Cas9 kifejlesztéséért kiérdemelte az elismerést a múlt héten. A tudományos élet genderkérdésein túl a díj azonban rengeteg más, rejtett problémát is a felszínre hozott. 

Mennyire korai az élő organizmusok génjeinek szerkesztésére használható eszköz elismerése, ha mindössze nyolc év telt el a CRISPR/Cas9 génszerkesztési eljárásról szóló, áttörést jelentő Science-publikáció óta, és ha egyelőre az eljárás potenciáljáról és a használata miatt felmerülő bioetikai problémákról több szó esik, mint a klinikumban használatba vehető génszerkesztési metódusokról (mivel ezek emberi vonatkozásban még csak klinikai vizsgálatokban léteznek)? Melyiket kellene díjazni, az alapkutatást vagy az alkalmazott tudományt? Ki vigye el a pálmát, amikor az adott tudományos felfedezés körül hemzsegnek a szabadalmi perek, és nagy nevű egyetemek igyekeznek magukénak tudni a jövőt jelentő innovációt? És ha a Svéd Királyi Tudományos Akadémia összesen három kutatót díjazhat, ki maradt ki, ha párhuzamosan számos kutatócsoport és laboratórium is dolgozik a CRISPR/Cas9-technológián?

Siker, pénz, csillogás tudományos berkekben

Ezek közül a legérdekesebb a szabadalmak kérdése, egyrészt azért, mert a jogi huzavona visszafogja az innovációt, másrészt mert több millió dolláros befektetések forognak kockán, harmadrészt pedig mert a szakma tele van egymással versengő tudósokkal, nagynevű, pénzhajhász intézményekkel és cégekkel, sikerre vágyó emberi egókkal és a lojalitás soha véget nem érő dilemmáival. 

Sőt az évek óta tartó jogi hercehurca miatt maguk a Nobel-díjak kiosztását figyelő szakértők sem tartották valószínűnek, hogy Charpentier és Doudna megkapnák a díjat, és az elismerés éppen akkor érkezett a két tudósnak, amikor a velük szemben álló, a Harvard és az MIT által alapított Broad Institute kezdett el nyerésre állni a „kinek tulajdonítható a CRISPR/Cas9 génszerkesztési technológia feltalálása” című, évek óta tartó viszálykodásban. 

2015. októberi kép a kutatópárosról (bal oldalon Emmanuelle Charpentier, jobbra Jennnifer Doudna látható). Akkor VI. Fülöp királytól kapták meg a „spanyol Nobel-díjat", azaz az Asztúria hercegnője kitüntetést.Fotó: MIGUEL RIOPA/AFP

A jogi vita középpontjában nagyon röviden az áll, hogy Doudna és Charpentier módszere már a kezdetektől emberi sejtekben is működhetett volna, és így övék az elsőség; vagy pedig nem, és akkor a Broad Institute égisze alatt dolgozó, egyfajta csodagyerekként számon tartott Feng Zhang, valamint a genetika rocksztárjának számító, öntörvényű George Church söpörhetné be a CRISPR/Cas9 szabadalmát. 

Ahhoz, hogy megérthessük, hogy ez miért fontos, vissza kell mennünk egészen 1987-ig. Isino Josizumi japán molekuláris biológus és kollégái ugyanis ekkor fedeztek fel egy furcsa, palindromikus nyúlványt a gyakran vizsgált E.coli gyomorbaktérium DNS-láncában. Senki sem tudta elképzelni, mire szolgálhat.

Palindromikus ismétlődések és genetikai körözési fotók 

2002-re a génszekvenálási technológiák olcsóbbá váltak, sokkal jobban elterjedtek, és kutatók szerte a világon a vizsgált baktériumok közel felében és a megszekvenált egysejtű archeák legtöbbjében megtalálták Isino ismétlődő szekvenciáit. Ekkorra már legalább ahhoz elegendő darabot összeraktak a kirakóból a tudósok, hogy Francisco Mojica, a spanyol Alicantei Egyetem kutatója és Ruud Jansen, a holland Utrechti Egyetem munkatársa elnevezzék az ismeretlen funkciójú DNS-szakaszokat, amelyek a CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), vagyis a halmozottan előforduló, szabályos közökkel elválasztott palindromikus ismétlődések nevet kapták. 

Közel öt év múlva Eugene Koonin, az amerikai Országos Biotechnológiai Információs Központ kutatója vetette fel, hogy a furcsa DNS-szakasz funkciója valójában egy két részből álló bakteriális védekezési mechanizmus. Az első gyakorlatilag egy már legyőzött ellenségekből, például vírusokból álló „genetikai körözési fotóalbum”. Amikor egy baktériumnak sikerül felülkerekednie egy víruson, „kivág” a betolakodó genetikai örökítőanyagából egy darabot, és szépen elhelyezi ebben az albumban. Ezeket a genetikai körözési fotókat ismétlődő DNS-szakaszok választják el, amelyek oda-vissza ugyanúgy értelmezhetőek – ezek a palindromikus szakaszok adják a PR-t a CRISPR mozaikszóban.

A rendszer második komponensét úgy lehet a legegyszerűbben elképzelni, mint egy precíziós fegyvert. Minden egyes genetikai körözési fényképhez tartozik egy fehérje, amelyet CRISPR-associated, vagyis Cas-fehérjének neveztek el a tudósok. Ezek a Cas-proteinek a sejt belsejében cirkulálnak, és amikor a hozzájuk tartozó genetikai körözési fotónak megfelelő betolakodóra bukkannak, likvidálják.

2007-ben a bakteriális védekezési mechanizmus működését a Danisco nevű dán joghurtgyártó vállalat mikrobiológusának, Rodolphe Barrangou-nak és csapatának sikerült bizonyítania. Mivel a Danisco megélhetése nagyban függ attól, hogy baktériumok segítségével sikeresen varázsolnak-e joghurtot a tejből, Barrangou javasolta, hogy teszteljék le Koonin akkoriban provokatívnak számító CRISPR-elképzelését, vagyis azt, hogy ezek a DNS-szakaszok a baktériumok számára védekező rendszerként szolgálnak a vírusok ellen. Az ötlet bevált, és ennek eredményeként mára már a legtöbb joghurt és sajtgyártó CRISPR-szekvenciákat ad a baktériumkultúráihoz, hogy megvédje őket a vírusok elszaporodásától.

Charpentier és Doudna színre lép

A rendszer egyes részeinek felfedezése és a funkcióik megértése közel húsz évbe és rengeteg kutatómunkába telt. A Kaliforniai Egyetemen (Berkeley) elsősorban RNS-kutatással foglalkozó Doudna 2006-ban kezdett el dolgozni a CRISPR-rel, és 2011-ben az Amerikai Mikrobiológiai Társaság Puerto Rico-i ülésén találkozott Charpentier-vel, aki akkoriban Svédországban a Molekuláris Fertőző Betegségek Laboratóriumának munkatársaként tanulmányozta a Cas9 fehérje működését a húsevő baktériumként és torokgyulladásért felelős kórokozóként is ismert Streptococcus pyogenes baktériumban. 

Miközben San Juan belvárosában sétálgattak, Charpentier meggyőzte Doudnát, hogy a Cas9 a hiányzó láncszem a történetben: ez a fehérje a felelős azért, hogy a DNS-szekvencia, amelyik eltárolja a legyőzött vírusok genetikai adatait, hatástalanítja őket, amikor megtalálja a vírusok eltárolt DNS-szekvenciáját. Minél többet tanulmányozta Doudna Charpentier CRISPR-Cas9 rendszerét, annál világosabbá vált számára, hogy a mechanizmus „rávehető” arra, hogy géneket szerkesszen. Bizonyos változtatásokkal génszerkesztési eszközzé alakította át a CRISPR-Cas9 mechanizmust, amely szavai szerint a tökéletes bakteriális fegyver: olyan, vírusokat kereső rakéta, amely gyorsan és hihetetlen pontossággal találja el célpontját. 

Doudna és csapatának tagjai villámgyorsan megírták eredményeiket, és a kéziratot 2012 nyarán elküldték a Science folyóiratnak. Mivel a szerkesztők sejtették, hogy itt valami nagyszabású kutatásról van szó, gyorsított eljárásban, néhány nappal a beadást követően már publikálták is a tanulmányt. Ezzel egyidejűleg a Kaliforniai Egyetem Doudna nevében beadta szabadalmi kérvényét a CRISPR-Cas9 génszerkesztési eljárásra a bármilyen sejtszerű vagy nem sejtszerű környezetben. Ez utóbbi kitétel elsőre a sejtbiológia homousion/homoiusion vitájának tűnhet, a későbbiekben viszont nagyon is fontossá vált.

Akik elestek a Nobel-díjtól

Időközben Virginijus Siksnys, a litván Vilniusi Egyetem molekuláris biológusa, akit a joghurtban tenyésző baktériumok védelmi rendszere a 2007-ben publikált kutatások nyomán szintén megihletett, ugyanerre az eredményre jutott. A litván kutató először a Cell folyóirathoz küldte be eredményeit, ők azonban anélkül utasították el a kéziratot, hogy elküldték volna tudományos értékelésre. Mivel biztos volt a dolgában, megpróbálkozott a PNAS folyóirattal is. Habár a kéziratot előbb adta be, mint Doudna és Charpentier, mivel szükség volt néhány változtatásra, tanulmánya három hónappal a Nobel-díjat érő Science-cikk után jelent meg. Addigra pedig már a Broad Intézet is megjelent a színen.

Feng Zhang, az MIT optogenetikával, TALEN- és CRISPR-kutatással foglalkozó, fiatal professzora, aki a Broad Intézet kötelékében a CRISPR-Cas9 rendszer segítségével emberi sejtekben és élő egérben található DNS szerkesztésével kísérletezett, 2013 februárjában szintén a Science-ben publikálta saját eredményeit. Néhány héttel korábban, mint azt Doudna tette az élő sejtek génszerkesztése kapcsán. 

Sőt Zhang ezzel egyidejűleg arra kérte munkaadóit, az MIT-t és a Broad Intézetet, hogy a nevében adjanak be szabadalmi kérvényt a CRISPR/Cas9 mechanizmusára eukariótákban, amelyek magukba foglalnak állati és emberi sejteket is. Ekkorra Doudna szabadalmi kérvénye már hét hónapja az amerikai szabadalmi és védjegyhivatalnál (USPTO) dekkolt, a Broad Intézet pedig a jogászai tanácsára jókora összeget fizetett azért, hogy a USPTO gyorsított eljárásban bírálja el a szabadalmi kérvényt. A taktika bevált, és így Feng Zhang még az előtt jutott hozzá a szabadalomhoz, hogy Doudna beadványát elbírálták volna.

Kérvények, beadványok, hivatalok, bíróságok

A Kaliforniai Egyetem tiltakozott, és azt állította, hogy a Broad Intézet szabadalmai átfedésben vannak az ő kérvényükkel, így aztán úgynevezett interferencia-eljárást indítottak. A USPTO 2017 februárjában azonban arra jutott, hogy a szabadalmak eléggé különböznek a Kaliforniai Egyetem kutatói által beadott dokumentumtól, így ez a taktika kudarcba fulladt. Doudna, Charpentier és csapata mindenesetre nem adta fel itt a harcot, bíróság elé vitték az ügyet, 2018 szeptemberében azonban egy amerikai fellebbviteli bíróság megerősítette a USPTO döntését.

Végül 2019 februárjában röppent fel a hír, hogy a beadvány után hat évvel a USPTO elfogadja a Kaliforniai Egyetem CRISPR/Cas9 kapcsán beadott szabadalmát, a döntés azonban csak olaj volt a tűzre a neves intézmények közötti jogvitában, és újabb százezrekkel tömte ki a jogászok zsebeit: az ügy folytatódott tovább. Az amerikai szabadalmakat tárgyaló fellebbviteli tanács (Patent Trial and Appeal Board – PTAB) a Nobel-díjak kiosztása előtt, 2020. szeptember 10-én döntött úgy, hogy a Broad Intézet vezette csoportnak elsőbbsége van az eredeti CRISPR-rendszer eukariótákban való használatához kötődő, már elnyert szabadalmakra – a határozat ugyanakkor a Kaliforniai Egyetem kutatócsoportjának ítélte a CRISPR-eszköztár egyik kulcsfontosságú komponensét. Itt azonban nem áll meg a történet, mert a PTAB döntése még nem végleges.

A jogi huzavonát figyelemmel követők régóta reménykednek abban, hogy a Broad Intézet és a Kaliforniai Egyetem végre megegyezésre jut, Jacob Sherkow, a New York-i Jogi Egyetem Jogi és Technológiai Innovációs Központjának professzora szerint ez azonban egyre kevésbé elképzelhető. Szerinte jelenleg minden jel arra mutat, hogy a Broad Intézet jön ki nyertesen a szabadalmi ügyekből. Ha végül a Kaliforniai Egyetem nyerne, akkor egy szabadalommal lenne gazdagabb, a Broad azonban akkor sem veszítené el az eukarióták CRISPR/Cas9 segítségével végezhető génszerkesztésére vonatkozó szabadalmát, hanem a legrosszabb esetben is csupán meg kellene osztania azt – magyarázta Sherkow. Ha azonban a Kaliforniai Egyetem veszítene, üres kézzel távoznának. A professzor azonban hozzátette, előfordult már, hogy rosszul ítélt meg egy megegyezést, lehet, hogy most is ez történik.

Mi a szabadalmak tétje?

Joggal merül fel a kérdés, miért olyan fontos, kinél is vannak a szabadalmak. Számos kutató úgy véli, mivel rengeteg állami pénzt is becsatornáztak a CRISPR/Cas9 körüli kutatásokba, senkinek nem lenne szabad magáénak követelni a szellemi tulajdonjogot. Ez lehetővé tenné számos cég és kutató számára, hogy a magas jogdíjaktól és a potenciális pereskedéstől való félelem nélkül innováljanak. 

Szerencsére a CRISPR-t molekuláris ollóként használó tudósokat nem érintik a jogviták, mivel CRISPR-rendszereiket az Addgene nevű, nyílt hozzáférésű adattárból szerzik. A precíziós génszerkesztés klinikai felhasználására törekvő cégek viszont, amelyek például a cisztás fibrózis vagy a sarlósejtes vérszegénység nevű örökletes betegségek gyógymódját keresik, valószínűleg belefutnának a bonyolult szabadalmi ügyekbe. Ennek megfelelően a befektetők, akik tisztában vannak a jogi helyzettel, inkább olyan új biotechnológiai eljárásokat finanszíroznak, amelyek semmilyen, már élő CRISPR-szabadalommal nem ütköznek.

A technológia óriási potenciálja miatt mindenesetre ténylegesen dollármilliók forognak kockán. Sherkow becslései szerint a szabadalmak évente több tízmillió dollárt hozhatnak az azokat birtoklóknak, és a szabadalom a pályafutása során legalább százmillió dollárt fialhat. A CRISPR/Cas9 globális piacát 2017-ben 1,22 milliárd dollárra becsülték, ez 2025-re már elérheti az 5,3 milliárd dollárt. 

Az elmúlt években Doudna, Charpentier, George Church és Feng Zhang, miután a Charpentier kezdeményezte közös munka nem valósult meg, számos céget alapítottak az Atlanti-óceán mindkét partján, amelyek további milliókat kalapozhatnak össze különféle befektetésekből. Az Editas Medicine, az Intellia Therapeutics és a Crispr Therapeutics mindegyike igyekszik a gyakorlatban hasznosítani a CRISPR/Cas9-ban rejlő lehetőségeket, és olyan génterápiákat fejleszteni, amelyek az öröklődő betegségeket vagy éppen a HIV-fertőzést is örökre eltörölhetnék a Föld színéről. A Mammoth Biosciences, amelynek Doudna is társalapítója, idén 45 millió dolláros befektetést nyert el, másik cége, a Scribe Therapeutics pedig a Nobel-díj kihirdetését megelőző napon kapott húszmillió dolláros dotációt. 

A tudomány oltára

A megoldatlan szabadalmi kérdéseket és a jövőben várhatóan csak gyarapodó milliós összegeket hátrahagyva kanyarodjunk vissza a Nobel-díjhoz. Sokan arra számítottak, hogy Feng Zhang – aki kutatócsoportjával mindenkit megelőzve mutatta ki, hogy a CRISPR az emlősök sejtjeiben is működik – szintén beállhat majd a díjazottak sorába.

Feng Zhang 2018 novemberében interjút ad a Hongkongi EgyetemenFotó: Xiao qiang/Imaginechina via AFP

George Church, akinek a laboratóriumában Zhang posztdoktori kutatásait folytatta, azonban úgy véli, a Svéd Királyi Akadémia nagyon is jól választotta meg az elismerésre érdemeseket. Szerinte Charpentier és Doudna jegyzi a felfedezést, ő és Zhang pedig valójában inventorok. 

„Ha bárki tippeket szeretne ahhoz, hogyan ne nyerjen Nobel-díjat, nagyon egyszerű. Én például gondosan kerültem ezt az egész cirkuszt azzal, hogy a találmányokra összpontosítottam” 

- mondta a Science magazinnak. Zhang pedig szerinte még elég fiatal, és tele van kreatív ötletekkel ahhoz, hogy a jövőben egyet-kettőt bezsebelhessen.

Fjodor Urnov CRISPR-kutató, Doudna egyik munkatársa szintén jól megérdemelt Nobel-díjról beszélt – az elmúlt húsz év leginkább megérdemelt díjáról. A tudós szerint, aki korábban a nehézkes cink-ujjas génszerkesztővel dolgozott, Doudna és Charpentier felfedezése számunkra egyelőre elképzelhetetlen mértékben jobbíthatja a körülöttünk lévő világot. „A 21. század a CRISPR kora lesz – Jennifernek és Emmanuelle-nek hála” – tette hozzá.

Ha tetszik, amit csinálunk, ha te is fontosnak tartod, hogy magyar nyelven legyen egy okos és közérthető lap, ami nem a politikai barikádok csatazajáról tudósít, hanem a ránk váró – bátran mondjuk ki, ez az év is megmutatta, mennyire nem túlzás ez – civilizációs kihívásokkal foglalkozik, ami fel meri tenni a jövőnkkel kapcsolatos igazi kérdéseket, és meg is mutatja a modern tudomány válaszait mindezekre, nos ha ez szerinted is olyan égetően fontos, ahogy mi gondoljuk: heroikus munkát végző hat újságíróval, sok tucatnyi kutatóval és csak egy egészen kicsi kiadóval a hátunk mögött, akkor támogasd a munkánkat rendszeresen – számít a segítséged!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: