Prof. dr. Vasile Astărăstoae: Editarea genomului – între panaceu, eugenie și transumanism (I)

Madonna, vedeta muzicii pop, a fost ridiculizată ani în șir pentru că ar avea paranoia ADN-ului. De teama de a nu i se recolta ilegal materialul genetic, în turnee, ea angaja echipe de curățenie pentru a steriliza vestiarele după concerte și folosea propriile ei scaune de toaletă (noi) la fiecare oprire. Madonna avea dreptate. ADN-ul rămâne în urmă oriunde mergi. În șuvițele de păr, unghii, pielea moartă și salivă există urme de ADN. Analiza genetică a acestora poate dezvălui nu numai informații personale, cum ar fi condițiile de sănătate existente sau riscul de a dezvolta anumite boli, ci și aspecte esențiale ale identității unei persoane, cum ar fi strămoșii și potențialele trăsături ale viitorilor copii.

În plus, pe măsură ce tehnologiile genetice continuă să evolueze, temerile legate de utilizarea materialului genetic colectat în mod secret în scopuri de reproducere prin gametogeneză in vitro devin mai mult decât paranoia. Emmanuel Macron a stat la distanță de 9 metri la întâlnirea cu Putin deoarece a refuzat să facă un test PCR rusesc pentru covid-19, din cauza preocupărilor de securitate (rușii i-ar putea lua și ar folosi ADN-ul în scopuri nefaste). Cancelarul german Olaf Scholz a refuzat în mod similar să facă un test rusesc PCR (Liza Vertinsky, Yaniv Heled, în The Conversation US., 3 June, 2022).

Odinioară temă doar a literaturii Science Fiction, tehnologia genetică este acum o realitate. Milioane de oameni își trimit materialul biologic unor firme specializate, care (contra unui preț accesibil) le stabilesc (pe baza profilului genetic) arborele genealogic. Firmele devin posesoare ale profilul genetic al clienților fără ca cineva să controleze ce se petrece cu acesta, deși „furtul genetic” nu este o simplă poveste.

În Worldwide Threat Assessment of the US Intelligence Community (Evaluarea la nivel mondial a amenințărilor comunității de informații din SUA) din 2016, generalul James Robert „Jim” Clapper, fost director al National Defense Intelligence din Statelor Unite ale Americii, a numit editarea genomului drept o „armă potențială de distrugere în masă”, afirmând că editarea genomului efectuată de țări cu standarde de reglementare sau etice „diferite de țările occidentale” crește probabil riscul creării de agenți sau produse biologice dăunătoare (Warmflash D, în Genetic Literacy Project, 6 sep. 2016; Regalado A. în MIT Technology Review, oct. 2016).

Potrivit unui raport din septembrie 2016 al Consiliului Nuffield pentru Bioetică, simplitatea și costul scăzut al instrumentelor de editare a codului genetic le va permite „biohackerilor” să efectueze propriile experimente, prezentând un risc potențial (Nuffield Council for Bioethics, „Genome Editing: An Ethical Review”, sep. 2016).

Ingineria genetică a oferit oamenilor capacitatea de a transforma organisme prin manipularea directă a genomului într-o gamă largă de aplicații. În ultimii ani, au apărut noi instrumente pentru editarea genomului (de exemplu, CRISPR/Cas9), care pot obține o precizie mult mai mare decât formele anterioare de inginerie genetică. Mai mult, aceste instrumente ar putea oferi posibilitatea de intervenții asupra oamenilor în scopuri atât clinice, cât și non-clinice. Abilitățile lor promițătoare și utilizările potențiale (inclusiv aplicabilitatea lor la om pentru intervenții de editare a genomului somatic sau ereditar) măresc foarte mult impactul lor asupra societății și, ca atare, au creat o nouă urgență – necesitatea discuțiilor etice și de reglementare cu privire la aplicarea unei astfel de tehnologii în societatea noastră. Au fost formulate numeroase argumente în sprijinul sau în opoziție cu noile tehnologii de editare a genomului, ceea ce justifică dezbaterile privind permisiunea sau nu a intervențiilor de editare a genomului uman. (Mara Almeida, Robert Ranisch, în Humanities and Social Sciences Communications vol. 9, 2022).

În mai multe postări, vă invit să dezbatem aceste probleme.

Ce este editarea genomului / genelor?

Editarea genelor este o nouă formă precisă de inginerie genetică. Folosește enzime din bacterii pentru a localiza genele în ADN și pentru a le șterge sau înlocui. Editarea genomului uman este un termen atotcuprinzător pentru tehnologiile care au ca scop realizarea unor modificări specifice în genomul uman. La oameni, aceste tehnologii pot fi utilizate în embrioni sau celule germinale, precum și în celulele somatice. În ceea ce privește embrionii umani sau celulele germinale, intervenția ar putea introduce modificări ereditare în genomul uman (Vassena et al. în Hum Reprod Update, 22, 2016; Lea & Niakan, în Nat Cell Biol, 21, 2019; Wolf et al. în Nat Med. 25, 2019).

După National Institute of Health – SUA „Editarea genomului, numită și editarea genelor, este un domeniu de cercetare care urmărește să modifice genele organismelor vii pentru a îmbunătăți înțelegerea noastră asupra funcției genelor și pentru a dezvolta modalități de a o folosi pentru a trata boli genetice sau dobândite. Editarea genomului poate fi folosită pentru a corecta, introduce sau șterge aproape orice secvență de ADN în multe tipuri diferite de celule și organisme. Editarea genomului se bazează pe o descoperire anterioară conform căreia o secțiune ruptă a ADN-ului dintr-o genă declanșează mecanismul de reparare a celulei pentru a îmbina ruptura. Editarea genomului permite cercetătorilor să imite acest proces natural de reparare a ADN-ului”.

Bak et al. consideră că „editarea genomului, sau ingineria genomului, sau editarea genelor, este un tip de inginerie genetică în care ADN-ul este inserat, șters, modificat sau înlocuit în genomul unui organism viu. Spre deosebire de tehnicile timpurii de inginerie genetică, care inserează aleatoriu material genetic într-un genom gazdă, editarea genomului vizează inserțiile către locații specifice ale site-ului” (Rasmus O. Bak, Natalia Gomez-Ospina, Matei H. Porteus în Trends Genet, Aug. 2018).

În Britannica, Judith L. Fridovich-Keil dă o definiție mai explicită: „editarea genelor este capacitatea de a face modificări foarte specifice în secvența ADN-ului unui organism viu, personalizând în esență structura genetică a acestuia. Editarea genelor este efectuată folosind enzime, în special, nucleaze, care au fost proiectate pentru a ținti o anumită secvență de ADN, unde introduc tăieturi în catenele de ADN, permițând îndepărtarea ADN-ului existent și inserarea ADN-ului de înlocuire”.

Ideea de a folosi editarea genelor pentru a trata boala sau a modifica trăsăturile datează cel puțin din anii 1950, când cercetătorii și-au dat seama că mici modificări ale secvenței AND-ului pot însemna diferența dintre sănătate și boală. Recunoașterea efectului micilor modificări a condus la presupunerea inevitabilă că, odată cu identificarea „greșelilor moleculare”, care provoacă boli genetice, ar exista mijloace de a remedia acele greșeli și, prin urmare, de a permite prevenirea sau inversarea bolii. Această noțiune a fost ideea fundamentală din spatele terapiei genetice și, în anii 1980, a fost văzută ca un Sfânt Graal în genetica moleculară. Dezvoltarea tehnologiei de editare a genelor pentru terapia genică s-a dovedit însă dificilă. Editarea genomului a fost o adevărată operă de pionierat în anii 1990 (Woolf TM, în Nature Biotechnology, 16, 1998). Activitățile timpurii s-au concentrat nu pe corectarea erorilor genetice din ADN, ci mai degrabă pe încercarea de a minimiza consecințele acestora prin furnizarea unei copii funcționale a genei mutante. Pentru a corecta cu adevărat greșelile genetice, cercetătorii era necesar să poată crea o rupere dublu catenară a ADN-ului exact în locația dorită. Odată creată, ruptura dublu catenară ar putea fi reparată eficient de către celulă, folosind un șablon, care direcționează înlocuirea secvenței „rele” cu secvența „bună”.

Un progres major a fost atunci când au început să fie utilizate meganucleazele, enzime capabile să „taie țintit” AND-ul și să modeleze procesul de înlocuire. Întâi au fost utilizate două abordări pentru a face rupturi dublu-catenare specifice sitului în ADN: una bazată pe nucleaze cu „degete de zinc” (ZFN) și cealaltă bazată pe nucleaze efectoare asemănătoare activatorului de transcripție (TALEN).

ZFN-urile sunt proteine de fuziune compuse din domenii de legare la ADN, care recunosc și se leagă la secvențe lungi de trei până la patru perechi de baze specifice. Conferirea specificității unei secvențe țintă de nouă perechi de baze, de exemplu, ar necesita trei domenii ZFN fuzionate în tandem. Aranjamentul dorit al domeniilor de legare la ADN este, de asemenea, fuzionat la o secvență care codifică o subunitate a nucleazei bacteriene Fok1. Pentru a se realiza o secționare dublu catenară la un loc specific sunt necesare două proteine de fuziune ZFN – câte una pentru a se lega de fiecare parte a sitului țintă, pe catenele de ADN opuse. Când ambele ZFN sunt legate, subunitățile Fok1, fiind în proximitate, se leagă una de alta pentru a forma un „foarfece” activ care taie ADN-ul țintă de pe ambele catene.

Proteinele de fuziune TALEN sunt concepute pentru a se lega de secvențe specifice de ADN care flanchează un situs țintă. TALEN utilizează domenii de legare a ADN-ului derivate din proteine dintr-un grup de agenți patogeni ai plantelor. TALEN-urile sunt mai ușor de proiectat decât ZFN-urile, în special pentru siturile de recunoaștere mai lungi. Similar cu ZFN-urile, TALEN-urile codifică un domeniu Fok1 fuzionat cu regiunea de legare a ADN-ului proiectată, astfel încât, odată ce situsul țintă este legat de ambele părți, nucleaza Fok1 poate face ruperea dublu catenară la locația dorită din ADN. (Tan WS, Carlson DF, Walton MW, Fahrenkrug SC, Hackett PB în Advances in Genetics, Volume 80, 2012; Esvelt KM, Wang HH, în Molecular Systems Biology. 9, 1, 2013; Puchta H., Fauser F. în The International Journal of Developmental Biology. 57/6–8, 2013).Un pas decisiv a fost utilizarea tehnologiei CRISPR în editarea genomului. Este fascinantă istoria acestei descoperiri.

La începutul anilor 1990, Francisco Mojica, student la Universitatea din Alicante din Spania, studia arheile – organisme unicelulare, care sunt foarte asemănătoare cu bacteriile, și a observat secțiuni repetitive de ADN. Faptul că aceste secvențe repetitive au apărut în două organisme foarte diferite – E. coli și archaea, l-a convins pe Mojica că este necesar să aibă o relevanță biologică.

În 2002, cercetătorii din Țările de Jos au publicat o lucrare care descrie secvențe repetitive la 40 de specii microbiene și propun termenul SPacers Interspersed Direct Repeats (SPIDR) (Rund Jansen et al. în OMICS, 6(1), 2002). Dar Mojica (ajuns între timp un cunoscut profesor universitar) a fost cel care a venit cu numele care a rămas – Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, sau CRISPR (după o corespondență cu Ruud Jansen). În 2003, Francesco Mojica a scris prima lucrare care sugerează că CRISPR era un sistem imunitar microbian. Lucrarea a fost respinsă de o serie de reviste (Nature, Proceedings of the National Academy of Sciences, Molecular Microbiology and Nucleic Acid Research), înainte de a fi acceptată de Journal of Molecular Evolution, în februarie 2005 (Eric S. Lander, în Cell. 164 (1–2), 2016).

Cercetările ulterioare au arătat că bacteriile au folosit aceste secvențe CRISPR ca arme împotriva virusurilor invadatoare. Bacteriile au transformat aceste secvențe în material genetic, și anume, ARN, care se putea lipi exact de o scurtă porțiune a genelor unui virus invadator. Aceste molecule de ARN poartă cu ele proteine care acționează ca niște foarfece moleculare, tăind genele virale și oprind infecția. CRISPR-urile sunt deci elemente genetice pe care bacteriile le folosesc ca un fel de imunitate dobândită pentru a proteja împotriva virușilor. Ele constau din secvențe scurte, care provin din genomi virali și au fost încorporate în genomul bacterian. Cas (nucleaze asociate CRISPR) procesează aceste secvențe și decupează secvențele ADN virale. Prin introducerea unor plasmide, care conțin gene Cas și CRISPR (construite în mod specific în celulele eucariote), genomul eucariot poate fi tăiat în orice poziție dorită. (Young S, în MIT Technology Review, febr. 2014).

Jennifer Doudna și Emmanuelle Charpentier au decis în 2011 să colaboreze, investigând o anumită enzimă asociată CRISPR numită Cas 9. Ele au descoperit că enzima Cas 9 este o proteină duală ghidată de ARN. Odată ce au înțeles cum funcționează ghidurile duale de ARN, au constatat că Cas 9 ar putea fi programat să taie ADN-ul dublu catenar la o secvență specifică. După ce au finalizat experimentele, care demonstrează că pot programa cu succes Cas 9 pentru a tăia ADN-ul în anumite locuri, Doudna și Charpentier au depus un brevet privind utilizarea tehnologiei CRISPR/Cas9 în editarea genomului și au publicat o lucrare cu rezultatele lor în Science, în iunie 2012. Pentru această tehnologie, Doudna și Charpentier au primit Premiului Nobel pentru Chimie în 2020. Tot în 2012, profesorul Feng Zhang de la Broad Institute de la MIT și profesorul George Church de la Harvard au arătat în mod independent că sistemul CRISPR/Cas9 ar putea fi folosit pentru a edita ADN-ul în celulele umane.

Spre deosebire de ZFN și TALEN, CRISPR/Cas9 utilizează legarea ARN-ADN, mai degrabă decât legarea proteină-ADN, pentru a ghida activitatea nucleazei, ceea ce simplifică proiectarea și permite aplicarea la o gamă largă de secvențe țintă. Deoarece heteroduplexurile ARN-ADN sunt stabile și pentru că proiectarea unei secvențe de ARN, care se leagă în mod specific la o secvență unică de ADN țintă este facilă, sistemul CRISPR/Cas9 a fost de preferat modelelor de proteine de fuziune necesare pentru utilizarea ZFN-urilor sau TALEN-urilor. În comparație cu tehnologiile omoloage de editare a genomului, CRISPR/Cas9 este considerat de mulți un instrument revoluționar datorită eficienței sale și a costului redus (Judith L. Fridovich-Keil, în Britannica, 2022).

Un alt progres tehnic a venit în 2015, când Zhang și colaboratorii au raportat aplicarea Cpf-1, o nuclează microbiană, care oferă avantaje potențiale față de Cas9, inclusiv necesitatea unui singur ARN ghid CRISPR pentru specificitate și efectuarea de tăieturi de ADN dublu catenar eșalonate. Proprietățile modificate ale nucleazei au oferit un control potențial mai mare asupra inserției secvențelor de ADN de înlocuire decât a fost posibil cu Cas9, cel puțin în unele circumstanțe.

Cercetătorii bănuiesc că bacteriile adăpostesc și alte proteine de editare a genomului, a căror diversitate evolutivă s-ar putea dovedi valoroasă în perfecționarea în continuare a preciziei și versatilității tehnologiilor de editare a genelor.

A urmat exploatarea comercială a descoperirii. După unele estimări, există peste 100 de produse care utilizează editori de genom în prezent, în studii clinice, conduse de companii precum CRISPR Therapeutics (fondatori Emmanuelle Charpentier, Shaun Foy și Rodger Novak), Intellia Therapeutics, Sangamo Therapeutics, Editas Medicine, Precision Biosciences, Caribou Biosciences (fondator Jennifer Doudna), Locus Biosciences și multe altele. (David J. Segal în Front Genome, Ed. Jul 15, 2022).

Saltul semnificativ în instrumentele de editare genetică impune o dezbatere serioasă despre implicațiile etice și sociale ale ingineriei genetice. Multe întrebări, cum ar fi: unde se plasează editarea genetică: în spațiul cercetării, al terapeuticii, al eugeniei, al transumanismului?, așteaptă răspunsul. Astăzi, consecințele deschiderii Cutiei Pandorei sunt deasupra noastră. Aplicarea sistemului CRISPR/Cas9 fără control ar crea schimbări permanente, care ar continua de-a lungul generațiilor succesive, iar temerile legate de aceste acțiuni pot fi comparabile cu consecințele cumulate ale războiului nuclear și schimbărilor climatice.

(va urma)

PS.1. Un biolog lituanian, Virginijus Siksnys, a trimis în aprilie 2012 revistei Cell o lucrare cu rezultate și concluzii similare cu cele ale lui Doudna și Charpentier. Manuscrisul său a fost respins fără revizuire, apoi respins din nou de Cell Reports și a fost publicat în cele din urmă în Proceedings of the National Academy of Sciences, în septembrie 2012, (la câteva luni după lucrarea lui Doudna și Charpentier). Întârzierea publicării a făcut ca munca lui Siksnys să fie în mare măsură trecută cu vederea, iar numele său este rar menționat în conversația CRISPR. A luat totuși Premiul Kavli pentru nanoștiință în 2018 împreună cu Doudna și Charpentier, dar nu și Premiul Nobel.

PS.2. Se împlinesc 4 ani de la Referendumul pentru Familie (6-7 octombrie 2018). Atunci, intelectualii „creștini” – Andrei Pleșu & comp. (intens cultivați în unele cercuri ale BOR) și liber cugetătorii – Oana Pellea, Cristi Dănileț, Andrei Cornea & comp. au îndemnat la boicot deoarece nu înțelegeau întrebarea și o considerau o încălcare a drepturilor civile. Mă aștept deci să nu înțeleagă nici articolele despre editarea genetică.

Autor: Prof. dr. Vasile Astărăstoae

Citiți a doua parte a articolului

Citiți și:
Organizația Mondială a Sănătății recomandă manipularea și editarea genetică a ființelor umane „pentru a promova sănătatea publică”
DARPA, insecte, știință țicnită și noi (oamenii): Nu ai unde să te ascunzi
Dacă v-am spune că alții s-au făcut stăpâni pe propriile voastre gene?

 

yogaesoteric
13 decembrie 2022