Φανταστείτε τα γονίδια σαν τον κώδικα ενός λογισμικού. Στο Matrix, την εμβληματική ταινία των αδελφών Γουατσόφσκι, όσοι ελευθερώνουν το μυαλό τους από τον κόσμο των μηχανών, μπορούν όχι μόνο να διαβάσουν τον κώδικα του Matrix, αλλά να παρέμβουν σε αυτόν, διαμορφώνοντας την πραγματικότητα εντός του. Κάτι αντίστοιχο επιχειρούν και οι βιολόγοι. Χάρη στις επαναστατικές ανακαλύψεις των τελευταίων ετών στη γενετική επεξεργασία, οι επιστήμονες είναι πλέον σε θέση να πειραματιστούν με τεχνικές που στο άμεσο μέλλον θα τους επιτρέπουν να παρέμβουν στο DNA ανθρώπων, φυτών και ζώων, αφαιρώντας ή προσθέτοντας χαρακτηριστικά που θα χαρίζουν μακροζωία στους ανθρώπους, θα ενισχύουν τη γεύση των φρούτων και των λαχανικών, ή θα καθιστούν τα ζώα ανθεκτικότερα σε ασθένειες. Στο σχετικά άμεσο μέλλον, χάρη στη γενετική επεξεργασία, θα είμαστε σε θέση να εμποδίζουμε την εμφάνιση μιας θανατηφόρας νόσου, εξαλείφοντας ένα χαρακτηριστικό, αποφεύγοντας την έκφραση μιας σωματικής ή νοητικής αναπηρίας ή προεπιλέγοντας τα φυσικά χαρίσματα αγέννητων παιδιών.

Η συζήτηση για τη γενετική επεξεργασία μοιραία εγείρει ερωτήματα ηθικής φύσεως. Με το πέρασμα των ετών και την πρόοδο της επιστήμης ακόμα και αυτά μεταλλάσσονται. Κάποια θεωρούνται κενά περιεχομένου, ενώ ταυτόχρονα προκύπτουν καινούρια. «Πού χαράσσονται τα όρια της παρέμβασης;», «Ποιος δικαιούται να λαμβάνει τέτοιου είδους αποφάσεις;», «Ποιοι κίνδυνοι ελλοχεύουν, όταν ο άνθρωπος λειτουργεί ως θεός;». 

Ένοχο γονίδιο

Αν είχατε κληρονομικότητα σε μια θανατηφόρα ασθένεια, θα εφαρμόζατε διαδικασίες γονιδιακού προγραμματισμού προκειμένου να διασφαλίσετε ότι οι απογόνοί σας δεν θα κληρονομήσουν το «ένοχο γονίδιο»; Θα εφαρμόζατε στον εαυτό σας μια γονιδιακή θεραπεία που θα το εξάλειφε, προκειμένου να αποφύγετε την εκδήλωση της νόσου, τις επίπονες θεραπείες και τον ίδιο τον θάνατο; Ή μήπως (θα έπρεπε να) υπάρχουν όρια στην ανθρώπινη παρεμβατικότητα, προκειμένου η ανθρωπότητα να μην κινδυνεύσει από τερατογενέσεις;

Τη δεκαετία του ’70, ο ομότιμος καθηγητής βιολογίας του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης και βραβευμένος συγγραφέας Ρίτσαρντ Ντόκινς εξέδωσε ένα από τα επιδραστικότερα βιβλία στην ιστορία της εξελικτικής θεωρίας, το Εγωιστικό γονίδιο. Ο Ντόκινς υποστηρίζει στο βιβλίο του ότι ο μηχανισμός αναπαραγωγής των γονιδίων είναι η κεντρική δύναμη πίσω από την εξέλιξη, όχι οι οργανισμοί ή τα είδη. Το γονίδιο είναι μια οντότητα που επιβιώνει ή όχι, ως συνέπεια της φυσικής επιλογής. Στόχος του είναι η επιβίωση, εξού και η σχεδόν λογοτεχνική χρήση του επιθέτου «εγωιστικό». Ωστόσο, ο συγγραφέας εξηγεί ότι υπάρχουν ομάδες γονιδίων που συνεργάζονται, απομονώνοντας γονίδια που δεν ενισχύουν την ανθεκτικότητα του οργανισμού. Αν όμως τα γονίδια επιβιώνουν βάσει φυσικής επιλογής, γιατί εξακολουθούν να υπάρχουν γονίδια που προκαλούν καρκίνο, αυτοάνοσα νοσήματα, ψυχικές νόσους ή σωματικές και νοητικές αναπηρίες; Γιατί η εξέλιξη δεν τα έχει εξαλείψει, αφού ο στόχος του γονιδίου είναι η επιβίωση, και ο στόχος της ζωής είναι η ίδια η ζωή; 

Μια μερίδα επιστημόνων υποστηρίζει πως και αυτό είναι μέρος της εξελικτικής διαδικασίας, εξηγώντας μάλιστα ότι τα όργανα όπως η καρδιά, τα οποία είναι απολύτως απαραίτητα για τη λειτουργία του σώματος, δεν προσβάλλονται από καρκίνο, ή όργανα όπως ο εγκέφαλος προσβάλλονται σπανιότερα από άλλα. Τα τρισεκατομμύρια κύτταρα που μας αποτελούν φαίνεται να διέπονται από κάποιου είδους σοφία. Αυτό ωστόσο δεν απαντά στο ερώτημα γιατί το DNA μας δεν έχει εξαφανίσει τα γονίδια που ευθύνονται για θανατηφόρες ασθένειες. Η επιστημονική έρευνα τα τελευταία χρόνια φαίνεται να αποδεικνύει ότι αυτό που δεν έχει επιτελέσει η φυσική εξέλιξη έχουμε πλέον τη δυνατότητα να το επιτύχουμε εμείς οι ίδιοι. 

Γενετικό ψαλίδι: ξαναγράφοντας τον κώδικα της ζωής 

Όλες οι απαντήσεις στα μεγάλα ερωτήματα του ανθρώπου είναι διαθέσιμες στη φύση. Απλώς ενίοτε, σαν ένα είδος αυτοπροσωπογραφίας σε κυρτό κάτοπτρο, τα μυστικά του σύμπαντος μας φανερώνονται μέσω εργαλείων ελαφράς «στρέβλωσης» των εικόνων του κόσμου. Ο άνθρωπος, σε μια απόπειρα να διορθώσει το πεπερασμένο των αισθήσεών του, έχει εφεύρει τηλεσκόπια για να προεκτείνει το βλέμμα του στα άστρα και μικροσκόπια για να διεισδύει στον μικρόκοσμο της ζωής. Κάποιες από τις απαντήσεις προέρχονται από τα βάθη των αιώνων και τα αρχαία ανοσοποιητικά συστήματα των βακτηρίων, της πιο επιτυχημένης μορφής ζωής στον πλανήτη. 

7 Οκτωβρίου 2020. Η Σουηδική Ακαδημία ανακοινώνει το Νόμπελ Χημείας. Αποδέκτες του δύο πρωτοπόρες βιοχημικοί, η Εμανουέλ Σαρπεντιέ και η Τζένιφερ Ντούντνα, χάρη στην ανακάλυψη ενός από τα πιο αιχμηρά εργαλεία της γονιδιακής τεχνολογίας: το γενετικό ψαλίδι CRISPR/Cas. 

Όπως συμβαίνει συχνά, το επιστημονικό άλμα προέκυψε τυχαία, κατά τη διάρκεια μιας επιστημονικής έρευνας της Σαρπεντιέ στον Streptococcus pyogenes, ένα από τα πιο επιβλαβή βακτήρια για την ανθρωπότητα. Σε συνεργασία με την Ντούντνα, η Σαρπεντιέ εντόπισε ένα άγνωστο μόριο, το tracrRNA, που αποτελεί μέρος του αρχαίου ανοσοποιητικού συστήματος των βακτηρίων, του CRISPR/Cas, το οποίο αφοπλίζει τους ιούς διασπώντας το DNA τους. Μόλις ένα χρόνο μετά την έναρξη της συνεργασίας τους, το 2012, ανακοίνωσαν το καταπληκτικό τους εύρημα. Στα τέλη του 2023, σε μόλις 11 χρόνια από την εργαστηριακή ανακάλυψη, το CRISPR απέδωσε την πρώτη εγκεκριμένη θεραπεία, μέσω της έγκρισης ενός φαρμάκου που παρασκευάστηκε με βάση το γενετικό ψαλίδι. Πρόκειται για το Casgevy, μια θεραπεία για τη δρεπανοκυτταρική αναιμία (SCD) και την εξαρτώμενη από τη μετάγγιση βήτα θαλασσαιμία (TDT). 

Ένας στους πενήντα ανθρώπους επηρεάζεται από κάποια γονιδιακή διαταραχή. Περίπου το 65% των ανθρώπων έχουν κάποιο πρόβλημα υγείας ως αποτέλεσμα συγγενών γενετικών μεταλλάξεων και σχεδόν ένας στους είκοσι ανθρώπους επηρεάζεται από μια γενετική διαταραχή που ταξινομείται ως «σπάνια». Έχουν αναγνωριστεί περίπου 6.000 κληρονομικές νόσοι. Εξακόσιες από αυτές είναι ιάσιμες. Το Casgevy είναι η πρώτη εγκεκριμένη θεραπεία βασισμένη στο CRISPR. Μπορεί άραγε το γενετικό ψαλίδι να θεραπεύσει και τις υπόλοιπες; «Το CRISPR είναι θεραπευτικό. Μετράμε μείον δύο ασθένειες», σχολίασε με αφορμή την ανακοίνωση του νέου φαρμάκου ο διευθυντής Τεχνολογίας του Innovative Genomics Institute Φιόντορ Ουρνόφ. To IGI είναι διαπανεπιστημιακό ερευνητικό κέντρο −αποτέλεσμα συνεργασίας των Πανεπιστημίων της Καλιφόρνια Μπέρκλεϊ, Σαν Φρανσίσκο, Ντέιβις και τουλάχιστον τριών ακόμη κορυφαίων ερευνητικών ινστιτούτων−, του οποίου αποστολή είναι να αξιοποιήσει τις δυνατότητες της μηχανικής του γονιδιώματος ως βασικής εργαλειοθήκης επίλυσης μερικών από τα μεγαλύτερα προβλήματα της ανθρωπότητας.

Μήπως το CRISPR σώσει την ανθρωπότητα;

Οι μελετητές του Iατρικού Κέντρου Ίρβιγκ του Πανεπιστημίου του Κολούμπια παρομοιάζουν το CRISPR με τον ελβετικό σουγιά. «Σκεφτείτε το ως νυστέρι ακριβείας, σιγαστήρα γονιδίων, ενισχυτή γονιδίων και, όπως ο σύγχρονος ελβετικός σουγιάς, ένα διευρυνόμενο απόθεμα πρόσθετων εργαλείων». Στο Vagelos College of Physicians and Surgeons του Κολούμπια, που φέρει το επίθετο του πολυβραβευμένου Ελληνοαμερικανού βιοχημικού, ιατρού και μεγιστάνα της αμερικανικής φαρμακοβιομηχανίας Ρόι Βάγγελος, το CRISPR έχει εδραιωθεί ως βασικός πυλώνας ανακάλυψης, με τους επιστήμονες βασικής έρευνας (καθαρή ή θεμελιώδης έρευνα) να αναπτύσσουν νέα εργαλεία που βασίζονται στο CRISPR, και τους μεταφραστικούς* ερευνητές να τα χρησιμοποιούν για να εφαρμόσουν τις νέες ιδέες στη διαχείριση και θεραπεία ασθενειών. Ομάδες νευροεπιστημόνων μελετούν πώς το CRISPR μπορεί να βοηθήσει στην αντιμετώπιση επιληπτικών κρίσεων, μέσω της γενετικής επεξεργασίας του γονιδίου HCN1, που λειτουργεί ως ηλεκτρικός βηματοδότης στον ανθρώπινο φλοιό, το τμήμα του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνο για ανώτερες διαδικασίες σκέψης. Άλλοι, εξειδικεύονται στη θεραπεία ασθενειών όπως το Πάρκινσον και το Αλτσχάιμερ. 

Σύμφωνα με μελέτη του Κέντρου για την Υγεία και την Υγειονομική Περίθαλψη του Παγκόσμιου Οικονομικού Φόρουμ, το CRISPR έχει ωθήσει την ιατρική έρευνα πλησιέστερα στις εξατομικευμένες θεραπείες για τον καρκίνο. Μία κλινική δοκιμή εφάρμοσε τη χρήση της τεχνικής γονιδιακής επεξεργασίας στην εκπαίδευση των Τ κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος συγκεκριμένων ασθενών, ώστε να αναγνωρίζουν και να επιτίθενται στα συγκεκριμένα καρκινικά κύτταρα. Απομονώνοντας γενετικές μεταλλάξεις μοναδικές του καρκίνου του κάθε ασθενούς, οι επιστήμονες κατόρθωσαν να προγραμματίσουν τα Τ κύτταρα ώστε να τον αναζητήσουν και να τον εξολοθρεύσουν.

Το CRISPR δεν είναι απλώς ένα εργαλείο έρευνας. Μετατρέπεται σε επιστημονική αρχή, κινητήριο δύναμη και υπόσχεση που απαντά σε μακροχρόνιες προκλήσεις σχεδόν σε όλους τους επιστημονικούς κλάδους, υποστηρίζουν οι ερευνητές του τμήματος Βιομηχανικής του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ. «Το CRISPR μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως διαγνωστικό εργαλείο», εξηγεί ο βιομηχανικός Στάνλεϊ Τσι. Το εύρος των χρήσεών του ποικίλλει: από μέθοδος εντοπισμού επιβλαβών παθογόνων για τον άνθρωπο, έως τρόπος δημιουργίας νέων μικροβίων που θα ενισχύσουν, ποσοτικά και ποιοτικά, π.χ. την παραγωγή της μπίρας. 

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ απέκοψαν επιτυχώς τον ιό HIV από μολυσμένα κύτταρα, χρησιμοποιώντας CRISPR. Κλινικές δοκιμές επεξεργασίας γονιδίων CRISPR πραγματοποιούνται με στόχο τη θεραπεία καταστάσεων όπως η τύφλωση, ενώ δοκιμές θεραπειών που αναπτύχθηκαν από το CRISPR απέδειξαν ότι μπορούν να εμποδίζουν τον ιό COVID-19 να επιτίθεται στα κύτταρα των πνευμόνων. Ερευνητές του Ινστιτούτου Παστέρ στην Ουρουγουάη χρησιμοποίησαν τεχνικές CRISPR για να τροποποιήσουν τα γονίδια των χοίρων, καθιστώντας τους ανθεκτικότερους σε αναπνευστικές ασθένειες, όπως η γρίπη των χοίρων. Το CRISPR χρησιμοποιείται ήδη στη γενετική τροποποίηση λαχανικών, μειώνοντας την πικρή τους γεύση, ή προς ενίσχυση της γεύσης των φρούτων. Οι επιστήμονες το χρησιμοποιούν στην παραγωγή ανθεκτικότερων καλλιεργειών σε ιούς, βακτήρια και μύκητες. Χάρη στο CRISPR, ερευνητές αύξησαν το μέγεθος του ρυζιού, του σιταριού και των κόκκων καλαμποκιού. Κλινικές μελέτες με βάση το CRISPR έχουν ήδη αποφέρει αποτελέσματα στην ανάπτυξη ανθεκτικότερων καλλιεργειών που θα βοηθήσουν την ανθρωπότητα να αντεπεξέλθει στις επιπτώσεις της κλιματικής κρίσης στην παραγωγή τροφής. 

Σε μόλις δέκα χρόνια, το γενετικό ψαλίδι μεταμόρφωσε την ιατρική έρευνα. Τώρα οι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι μπορεί να σώσει τον πλανήτη. Ο αναπληρωτής καθηγητής Συνθετικής Βιολογίας του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια Ντέιβιντ Σάβατζ και η ομάδα του επιδιώκουν μέσω της έρευνάς τους την ανάπτυξη ποικιλιών ρυζιού και σόργου (ζαχαρόχορτου) ανθεκτικών στα ακραία καιρικά φαινόμενα της κλιματικής κρίσης, τα οποία μάλιστα δύνανται να βοηθήσουν ενεργά στην αντιμετώπισή της, συλλαμβάνοντας περισσότερο άνθρακα από την ατμόσφαιρα και αποθηκεύοντάς τον στις ρίζες τους. 

Η μηχανική του γονιδιώματος μπορεί να προσφέρει καλύτερα πρωτόκολλα παραγωγής μέσω μικροβίων που μειώνουν τα αέρια του θερμοκηπίου, τα πλαστικά και τα απόβλητα τροφίμων, εκτιμούν και οι ερευνητές του τμήματος Βιομηχανικής του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ. Αυτό που πλέον ονομάζεται «οικολογική μηχανική» περιλαμβάνει απόπειρες εξάλειψης παθογόνων ειδών κουνουπιών, αλλά και αμφιλεγόμενες εφαρμογές, όπως την αναβίωση εξαφανισμένων ειδών, όπως για παράδειγμα τα μαμούθ. Πολλές φορές η επιστημονική φαντασία έχει προβλέψει το μέλλον με εντυπωσιακή ακρίβεια. Ας ελπίσουμε ότι η ανθρωπότητα δεν θα βιώσει στο μέλλον κάποιο σενάριο του Jurassic park!

Το λογισμικό της ζωής στο μικροσκόπιο: πώς λειτουργεί το CRISPR

Διαχρονική επιδίωξη των ερευνητών είναι να ανακαλύψουν τις εσωτερικές λειτουργίες της ζωής τροποποιώντας τα γονίδια στα κύτταρα. Για πολλά χρόνια, η διαδικασία αυτή ήταν εξαιρετικά χρονοβόρα, δύσκολη ή και ενίοτε αδύνατη. Η μέθοδος CRISPR, μιμούμενη το φυσικό σύστημα προστασίας των βακτηρίων από τους ιούς, στηρίζεται στην εξής τεχνική: όταν το βακτήριο ανιχνεύσει το DNA ενός ιού, παράγει δύο τύπους βραχέος RNA, ο ένας εκ των οποίων περιέχει μια αλληλουχία που ταιριάζει με αυτή του ιού. Οι δύο τύποι RNA σχηματίζουν ένα σύμπλεγμα με μια πρωτεΐνη που ονομάζεται Cas 9. Το Cas 9 είναι ένας τύπος ενζύμου που έχει τη δυνατότητα να κόψει το DNA. Όταν η αλληλουχία των δύο τύπων RNA εντοπίσει τον στόχο της μέσα στο ιικό γονιδίωμα, το Cas 9 κόβει τον DNA στόχο και απενεργοποιεί τον ιό. Οι ερευνητές σύντομα συνειδητοποίησαν ότι θα μπορούσε να κατασκευαστεί μια αλληλουχία που δεν θα κόβει μόνο το ιικό DNA, αλλά οποιαδήποτε αλληλουχία DNA σε μια επακριβώς επιλεγμένη θέση, αλλάζοντας το RNA-οδηγό ώστε να ταιριάζει με τον στόχο, ακόμα και στον πυρήνα ενός ζωντανού κυττάρου. Χρησιμοποιώντας το CRISPR/Cas9, η αλλαγή του κώδικα ζωής είναι πλέον εφικτή. Ο Στάνλεϊ Τσι, από το τμήμα Βιομηχανικής του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ, πιστεύει πως το CRISPR μπορεί να συνεισφέρει ουσιαστικά στην έρευνα για την αντιγήρανση και την προέκταση του προσδόκιμου ζωής. Υποστηρίζει ότι μέσω του CRISPR οι επιστήμονες ίσως κατορθώσουν να κατασκευάσουν χρήσιμες μορφές ζωής, μεταλλάσσοντας μικρόβια που συλλαμβάνουν την ηλιακή ενέργεια και θα μπορούν πλέον να τη μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια ή να δημιουργήσουν γενετικά τροποποιημένα τρόφιμα τα οποία θα είναι μεν πιο θρεπτικά, θα αποτρέπουν όμως εξίσου την παχυσαρκία.

Η ιστορία της επιστήμης έχει αποδείξει πως ακόμα και οι καλύτερες προθέσεις των επιστημόνων δεν επαρκούν για να προστατεύσουν την ανθρωπότητα από τη λανθασμένη χρήση μιας επιστημονικής μεθόδου ή ενός εργαλείου. Από την πυρηνική βόμβα μέχρι τα φρικαλέα πειράματα ευγονικής των ναζί, ο άνθρωπος μπορεί πολύ εύκολα να μετατρέψει κάτι όμορφο σε κάτι απαίσιο. Εισερχόμενη στην 4η Βιομηχανική Επανάσταση, η ανθρωπότητα καλείται να διαχειριστεί συναισθηματικά τις σοκαριστικές της ανακαλύψεις, και κυρίως τον ρυθμό με τον οποίο προχωράει σε αυτές. Και ίσως αυτή αποδειχθεί ως η μεγαλύτερη πρόκληση. Ο βαθμός συναισθηματικής ωρίμανσης του ανθρώπινου πολιτισμού ίσως αποτελέσει τον καθοριστικότερο παράγοντα διαμόρφωσης του συλλογικού μας μέλλοντος. 

*Μεταφραστική επιστήμη είναι η δοκιμή νέων ιδεών που προέρχονται από τη βασική έρευνα, και στοχεύει στην αναβάθμιση της κλινικής εφαρμογής, επιδιώκοντας τη σύγκλιση του κενού μεταξύ θεωρητικής γνώσης και πρακτικής μέσω της μεταφοράς των αποτελεσμάτων των μελετών στην πρακτική εφαρμογή.