Nagroda Nobla za molekularne nożyczki

Najważniejsze wyróżnienie w dziedzinie chemii w tym roku stawia świat naukowy w obliczu istotnych pytań natury etycznej.

Aktualizacja: 07.10.2020 19:37 Publikacja: 07.10.2020 19:02

Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna

Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna

Foto: AFP

Francuska profesor Emmanuelle Charpentier zajmuje się mikrobiologią i genetyką. Prowadzi Instytut Biologii Infekcyjnej w Berlinie. Druga z nagrodzonych pań, Jennifer Doudna, amerykańska biochemiczka, kieruje wydziałem chemii oraz wydziałem biologii komórek na uniwersytecie Berkeley. Obie pracowały nad mechanizmem pamięci genetycznej zakażeń wirusowych w komórkach bakterii.

Jeśli komórka bakterii przeżyje zakażenie, włącza fragment materiału genetycznego wirusa do swojej nici DNA, by w przypadku kolejnej infekcji rozpoznać wirusa i skutecznie się przed nim bronić. Laureatki zaproponowały, by użyć go do edycji materiału genetycznego w innych komórkach. Mechanizm CRISPR/Cas9 jest uważany za najpotężniejsze narzędzie biologii molekularnej i jedno z najważniejszych odkryć w historii biologii. Zarówno Charpentier jak i Doudna już wcześniej były wielokrotnie nagradzane za swoje prace.

Przy kawie w Puerto Rico

Naukowcy mogą teraz używać tego narzędzia, modyfikując materiał genetyczny komórek roślinnych i zwierzęcych z niezwykłą precyzją. Otwiera to ogromny obszar zastosowań – określanie działania poszczególnych genów, nowe właściwości roślin, sposoby zwalczania raka, aż po leczenie chorób wrodzonych.

Początkiem wspólnej drogi noblistek było spotkanie w kawiarni w Puerto Rico. Emmanuelle Charpentier prowadziła badania nad bakteriami Streptococcus w poszukiwaniu nowego antybiotyku. Leku nie znaleziono, ale odkryto fragmenty RNA pozwalające odszukać konkretne miejsca w genomie. W 2011 roku Charpentier ogłosiła odkrycie tych specyficznych cząstek zwanych tracrRNA. W tym czasie Jennifer Doudna prowadziła badania nad enzymami Cas tnącymi nici DNA. Spotkanie w kawiarni zaowocowało współpracą. Cząstki tracrRNA opisane przez jedną były niezbędne do działania enzymów, nad którymi pracowała druga. Burze mózgów i nieudane doświadczenia znaczyły drogę do wspólnego odkrycia. Kolejnym etapem było uproszczenie metody. Wspólnie opublikowały efekty swoich badań w 2012 roku.

Bakterie wytwarzają enzymy rozpoznające zapamiętaną sekwencję i odnajdując takie fragmenty w materiale genetycznym zakażającego wirusa, mogą go pociąć, czyli unieszkodliwić czynnik zakaźny. Mechanizm ten działa jak precyzyjne nożyczki molekularne.

Ta metoda, stosowana w inżynierii genetycznej, posługuje się sztucznie stworzonym fragmentem RNA (kwasu rybonukleinowego) odpowiadającym poszukiwanej sekwencji DNA. Połączenie RNA z nicią materiału komórki powoduje rozwinięcie podwójnej spirali DNA i jest sygnałem dla endonukleazy (enzymu) do działania. Rozpoznany fragment zostaje wycięty. Połączenie tego procesu ze sposobami naprawy DNA pozwala na wstawienie w miejsce usuniętego odcinka innej sekwencji materiału genetycznego. Metoda ta w porównaniu z poprzednimi jest prosta, tania i skuteczna. Pozwala na precyzyjne wprowadzanie innych genów do istniejącego kodu.

Granice eksperymentów

Odkrycie ma swoją historię. W 1987 roku japoński naukowiec Yoshizumi Ishino znalazł sekwencje wirusa w genomie bakterii. W 2013 naukowcy z USA udowodnili, że można wyłączyć jednocześnie pięć genów u myszy. Dwa lata później przeprowadzono tą metodą udaną modyfikację genetyczną komarów, która powodowała bezpłodność samic.

Łatwość manipulacji genetycznych jest powodem do krytyki owej metody. Wprowadzano zmodyfikowane komórki do organizmu w celu zwalczenia raka płuc lub leczenia wad genetycznych – łamliwego chromosomu X, gdzie dostarczony nowy gen miał spowodować tworzenie poprawnych cząstek receptora w mózgu i w ten sposób zlikwidować objawy choroby. Dokonywane zwłaszcza w Chinach manipulacje na embrionach spotkały się z falą krytyki. Zmodyfikowane komórki zarodków uzyskanych in vitro par nosicieli wirusa HIV po usunięciu genu CCR5 miały spowodować, że dzieci będą niewrażliwe na zakażenie tym wirusem.

Metoda sama w sobie nie jest ani dobra, ani zła. Jest skuteczna. Jednak jej wykorzystanie, zwłaszcza do ingerencji w ludzki kod genetyczny, stawia świat naukowy w obliczu istotnych pytań natury etycznej. Odkrycie otwierające masę nowych możliwości wymaga regulacji w zakresie zasad eksperymentów naukowych.

Francuska profesor Emmanuelle Charpentier zajmuje się mikrobiologią i genetyką. Prowadzi Instytut Biologii Infekcyjnej w Berlinie. Druga z nagrodzonych pań, Jennifer Doudna, amerykańska biochemiczka, kieruje wydziałem chemii oraz wydziałem biologii komórek na uniwersytecie Berkeley. Obie pracowały nad mechanizmem pamięci genetycznej zakażeń wirusowych w komórkach bakterii.

Jeśli komórka bakterii przeżyje zakażenie, włącza fragment materiału genetycznego wirusa do swojej nici DNA, by w przypadku kolejnej infekcji rozpoznać wirusa i skutecznie się przed nim bronić. Laureatki zaproponowały, by użyć go do edycji materiału genetycznego w innych komórkach. Mechanizm CRISPR/Cas9 jest uważany za najpotężniejsze narzędzie biologii molekularnej i jedno z najważniejszych odkryć w historii biologii. Zarówno Charpentier jak i Doudna już wcześniej były wielokrotnie nagradzane za swoje prace.

2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Nauka
Dieta ketogeniczna może powodować starzenie. Niepokojące wyniki badań na myszach
Nauka
Człowiek poznał kolejną tajemnicę orangutana. Naczelny potrafi się leczyć
Nauka
Czy mała syrenka musi być biała?
Nauka
Nie tylko niesporczaki mają moc
Nauka
Kto przetrwa wojnę atomową? Mocarstwa budują swoje "Arki Noego"
Materiał Promocyjny
CERT Orange Polska: internauci korzystają z naszej wiedzy