Huomenna jaetaan kemian Nobel-palkinto. Tänä vuonna veikkauspörssissä on yksi tutkijapari muiden yli: Jennifer Doudna, University of California, Berkeleystä ja Emmanuelle Charpentier Uumajan yliopistosta. Heidän saavutuksensa ovat niin kiistämättömiä, että he tulevat varmasti voittamaan tällä vuosikymmenellä palkinnon, jos se ei vielä tänä vuonna osu kohdalle. Heidän ratkaisevat julkaisunsa ovat vasta kolme vuotta vanhoja, mikä saattaa olla ainoa syy miksi he saattavat joutua vielä odottamaan. Usein keskeisestä julkaisusta kestää vuosikymmeniä palkinnon saamiseen. Nopea aikataulu olisi kuitenkin nyt hyvinkin oikeutettu.

Doudna ja Charpentier kehittivät tutkimusryhmiensä avulla uuden tehokkaan tavan muokata eliöiden geenejä, Crispr-Cas9 -menetelmän. Menetelmä on otettu nopeasti käyttöön, sillä jo noin kolmenkymmenen eri aitotumallisen eliön genomin muokkauksesta on julkaistu tutkimusartikkeleita. Huomasin kesällä lounaskeskusteluissa kuinka monet kollegani kokeilivat Crispr-Cas9:ää ja olivat yllättyneitä, kuinka helppo ja tehokas se oli. Ei ihme, että Business Insider julisti menetelmän ”vuosisadan merkittävimmäksi biotekniikan keksinnöksi”. Vuoden alussa Crispr-Cas9 myös ylitti uutiskynnyksen tiedemaailman leikkikalusta aidosti merkittäväksi tekniikaksi, kun kiinalaiset tutkijat muokkasivat ensimmäisen kerran ihmisalkion geenisekvenssiä.

Crispr-Cas9 ei ole ensimmäinen geenien muokkaukseen soveltuva menetelmä. TALEN ja sinkkisorminukleaasit toimivat samantyyppisellä periaatteella, mutta niiden käyttäminen on huomattavasti työläämpää ja siksi myös kalliimpaa. Crispr-menetelmän hyödyllisyyttä on hypetetty runsaasti, mutta ainakaan vielä se ei ole tuottanut pettymyksiä.

 

Cas9, cripsr-associated protein 9, on Streptococcus pyogenes –bakteerin proteiini, tarkemmin ottaen nukleaasi, eli entsyymi joka leikkaa DNA-ketjua. Cas9 avaa kohdatessaan DNA-ketjun ja tunnistaa siitä 20 emäsparin pituisen koodin. Jos koodi on tuttu, Cas9 leikkaa DNA-ketjun auki. Proteiinin tarkoitus on tunnistaa solunulkopuoliset tunkeutujat, kuten virukset, ja estää niitä vahingoittamasta solua. Järjestelmä vertautuu siis monin tavoin aitotumallisten RNA-interferenssiin.

Crispr puolestaan tulee sanoista clustered regularly interspaced short palindromic repeats. Nämä ovat lyhyitä toistojaksoja bakteerin genomissa, jotka on rakennettu virusten sekvenssien perusteella. Kun cas-proteiini on hajoittanut viruksen, osa sen genomista säilötään ”muistiksi” bakteerin genomiin. Nämä DNA-pätkät sitten luetaan solussa RNA:ksi, joka liittyy Cas-proteiiniin ja tunnistaa viruksen, jos se yrittää iskeä uudestaan soluun. Crispr-Cas9 –järjestelmä on siis oikeastaan bakteerin opitun immuunipuolustuksen selkäranka.

Järjestelmä on merkittävä myös siksi, että tämä toimii periaatteessa lamarckilaisella periaatteella: bakteeri muuttaa perimäänsä ympäristön perusteella ja kaikki bakteerin ”jälkeläiset” perivät bakteerin tunnistamat virussekvenssit ja samalla siis suojan näitä vastaan.

Crispr-Cas9:ää käytetään hyödyksi juuri näiden oivallisten ominaisuuksiensa avulla.  Tutkijat pystyvät katkomaan DNA-ketjua juuri siitä kohdin kuin haluavat ja tämän jälkeen muuttamaan ketjun emäsjärjestystä, joko leikkaamalla pois palasia tai lisäämällä uutta DNA:ta. Cas9 voi myös pelkästään tarttua ketjuun leikkaamatta sitä auki, jolloin sen avulla voidaan säädellä geenien ilmentymistä.

Jännin Crispr-Cas9:n sovellus on geenin ajaminen (gene drive) koko populaatioon. Geenin ajamisessa saadaan eliölajin populaation lähes jokaiseen yksilöön haluttu geeni. Tämä onnistuu niin, että hedelmöityksessä toiselta vanhemmalta peritty geeni kopioi itsensä toiselta vanhemmalta perittyyn DNA-ketjuun vastaavalle paikalle. Perinnöllisyystieteen termein heterotsygoottisesta yksilöstä tulee automaattisesti homotsygoottinen. Tällöin geeni päätyy jokaiseen jälkeläiseen ja niin edelleen kaikkiin näidenkin jälkeläisiin. Geenien ajaminen on suoraviivaista Crispr-Cas9:n järjestelmällä: eliön toiseen DNA-ketjuun siirretään järjestelmän keskeiset osat, tunnistusalueet (Crispr) ja nukleaasi (Cas9), sekä näiden keskelle geeni, jonka halutaan yleistyvän populaatiossa. Kun hedelmöitys on tapahtunut, Cas9 tunnistaa toiselta vanhemmalta perityn DNA-pätkän ja leikkaa ketjun sen puolelta auki. Tämän jälkeenn solu automaattisesti korjaa emäsjärjestyksen Crispr-Cas9 –DNA-ketjun mallin mukaan. Menetelmällä voitaisiin hankkiutua eroon haitallisista lajeista: jos vaikka jokaisen hyttysen jälkeläisiksi syntyisi vain koiraita, populaatiomäärät romahtaisivat nopeasti. Menetelmää on jo kokeiltu laboratorio-olosuhteissa esimerkiksi banaanikärpäsillä.

Crispr-Cas9:n sovellutusten osalta ollaan paitsi jännien, myös syvien eettisten kysymysten äärellä. Missä olosuhteissa ihmisen genomin muokkaaminen on sallittua? Mitkä haitalliset eliölajit saa ajaa sukupuuttoon? Onko Crispr-Cas9:llä muokatut lajit verrattavissa GM-eliöihin vai onko geenien muokkaus hyväksyttävämpää kuin geenien siirto muilta eliölajeilta? Millä ehdoin saamme muokata esimerkiksi lemmikki- tai tuotantoeläinten genomia? TALEN-menetelmällä muokattu mikropossu vihjaa, että nämä kysymykset eivät ole enää pelkästään teoreettisia. UNESCOn asiantuntijapaneeli jo ehdotti ihmisen ituradan, siis jälkeläisille periytyvän, genomin muokkaamisen väliaikaista kieltämistä.

 

Keksinnön merkitys on helppo ymmärtää: tutkijat pystyvät täsmällisesti muokkaamaan minkä tahansa eliön geenisekvenssiä. Mahdollisuudet ovat suunnattomat, eikä vielä ole varmasti tarkkaan hahmotettu mihin kaikkeen järjestelmää voi käyttää. Se, kuinka mullistavasta keksinnöstä on kysymys riippuu osittain kuinka helpoksi ja käyttökelpoiseksi laajassa käytössä menetelmä osoittautuu. Nykyiset merkit näyttävät sanovan, että hyvin mullistava, ja että Nobel on hyvinkin ansaittu.

Oma kysymyksensä on tietenkin kuka ansaitsee Nobelin Crispr-Cas9-järjestelmästä. Doudna ja Charpentier eivät ole ainoita järjestelmää tutkineita tutkijoita. Rodolphe Barrangou teki merkittävää esityötä työskennellessään Daniscolla. Blake Wiedenfelt käynnisti tutkimuksen Cas9:stä Doudnan laboratoriossa ja Martin Jinek teki merkittävän osan järjestelmän kuvaamisesta. Mielenkiintoisena sivujuonteena Feng Zhangin tutkimusryhmä omistaa tällä hetkellä Crispr-Cas9-patentin. Zhang oli ensimmäinen, joka muokkasi nisäkkäiden soluja menetelmällä. Hän lähetti myöhemmin patenttihakemuksensa kuin Doudna, mutta sai patenttihakemuksensa pikakäsittelyyn. Crispr-Cas9:n patentista tullaan luultavasti taistelemaan vielä pitkään. Kiista tulee imemään miljoonia euroja lakikuluihin, mutta vastaavasti tarjolla on todella suuret patenttitulot.

Vähiten tunnettu unohdetuista Crispr-Cas9 –hahmoista on liettualainen on Virginijus Siksnys. Hän keksi itsenäisesti Doudnan ja Charpentierin ryhmistä Cas9:n merkityksen. Hän jopa lähetti vuonna 2012 paperinsa aikaisemmin kuin Doudna ja Charpentier julkaistavaksi. Ratkaiseva ero oli se, että Science, johon Doudna ja Charpentier lähettivät artikkelinsa, sai vertaisarvioinnin järjestettyä pikavauhtia niin että paperi julkaistiin vain kolme viikkoa vastaanottamisen jälkeen. PNAS käytti aikansa Siksnyksen paperin kanssa ja vastaanottamisesta julkaisuun kului reilu kolme kuukautta. Tällä välin juna oli jo mennyt. Vilnan yliopiston Siksnys jäi osittain paitsioon, koska Doudnan takana oli University of Californian ja Zhangilla MIT:n viestintäresurssit.

Nobelin palkinnon voidaan jakaa vain kolmen tutkijan kesken ja patentin voi saada vain yksi keksijäryhmä. Tämä on lopulta hyvin tieteelle vieras toimintamalli, sillä tiede rakentuu aina aiemmalle työlle. Bernardus Chartreslaisen lausahdus, että näemme pidemmälle, koska seisomme jättiläisten olkapäillä, pätee erittäin hyvin tieteeseen. Nykyaikojen lisäys saattaisi olla, että kauimmaksi kuuluu tutkija, jonka yliopistolla on tehokkain viestintäosasto ja rikkaimmaksi tulee tutkija, jonka yliopistolla on viekkain lakiosasto.

Kommentit (2)

NytRiitti
Liittynyt12.9.2012
Viestejä2851

Jos jotkut tutkijat ihmisen DNA:ta muokkais, niin laittanevat samantapaisen vesileiman kuin Venter:

"The 4 watermarks (present in figure 1 in supplementary material of [a 20]) are coded messages in the form of DNA base pairs, of 1246, 1081, 1109 and 1222 base pairs respectively, in natural peptides the 4 nucleotides encode in sets of 3 the 20 natural amino acids by means of the standard genetic code"

Voihan "design by" viesti nytkin olla, ei vaan osata ko. murretta :(

NytRiitti
Liittynyt12.9.2012
Viestejä2851

http://library.cqpress.com/cqresearcher/document.php?id=cqresrre2015061900

"Critics worry that the two studies — and rumors that genome engineering is being conducted on viable human embryos in labs outside of China — point toward a frightening new world in which scientists manipulate the laws of nature to create “designer humans,” forever changing future generations. Others are concerned that modifying the human germline — the eggs, sperm, and embryos which carry unique human genetic codes — could revive the notorious eugenics movement of the early 20th century, which aimed to create a perfect “master race.”

Seuraa 

Kaiken takana on loinen

Tuomas Aivelo on ekologian ja evoluutiobiologian tutkijatohtori Helsingin yliopistossa. Hän karkaa arjestaan tutkimaan Helsingin viemärirottia, punkkeja ja metsämyyriä Alpeille, pohtimaan biologian oppimista tai ihan vain ihastelemaan loisia.

Teemat

Blogiarkisto

2017
Heinäkuu
2016
2015
2014