Nepredvidljive strane znanosti

Privlačna je strana znanosti da je nepredvidljiva. To ljudi vole i kod nogometa, što je lopta okrugla, rezultat nepredvidljiv, kad se nađu momčadi podjednake kvalitete. U znanosti nikad ne znate kamo vas ideja ili pitanje mogu odvesti. Nekad će znatiželjni um doći do slijepe ulice, ponekad će ući u labirint kroz koji će godinama prolaziti, ali tu i tamo shvatit će i prvi put gledati neslućene mogućnosti nekog otkrića.

Ilustrirao Niklas Elmehed / Nobel Media

Uređivač gena (engl. gene editor) pod nazivom CRISPR-Cas9 jedno je takvo neočekivano otkriće s golemim potencijalom. Ovogodišnje dobitnice Nobelove nagrade za kemiju, Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna, počele su istraživati imunološki sustav bakterije streptokoka s idejom razvoja nove vrste antibiotika. Umjesto toga otkrile su molekularni alat koji se može koristiti za precizno rezanje genetskog materijala, što omogućava jednostavno mijenjanje koda života. Samo osam godina nakon otkrića genetske škare promijenile su znanost. Biokemičari i molekularni biolozi sada mogu jednostavno istraživati uloge različitih gena u razvoju bolesti. Znanstvenici mogu dati biljkama specijalna svojstva kao što su otpornost na sušu u toplim klimama. U medicini taj uređivač gena može dati nove terapije protiv raka ili unaprijediti proučavanja nasljednih bolesti. Postoje dakako i neetičke primjene takve tehnologije, kao što je to često kod velikih otkrića.

Emmanuelle Charpentier živjela je u pet različitih država, sedam različitih gradova i deset različitih institucija, uključujući i Institut Pasteur u Parizu, gdje je doktorirala. Za naše prilike to se čini mnogo, tim više što nismo skloni mijenjati radna mjesta, a još manje mjesto gdje živimo. Ipak, to je znak spremnosti na promjene, što je preduvjet za velike stvari. Američki san nastao je privlačenjem ljudi koji su bili spremni zapakirati kovčege i krenuti u nepoznato.

Charpentierova je mijenjala mjesta i pristupe, ali je zato bila fokusirana u istraživanju patogenih bakterija. Zašto su tako agresivne? Kako razvijaju rezistenciju prema antibioticima? Je li moguće naći nove lijekove koji bi zaustavili njihovo razmnožavanje? Kad je 2002. u Beču započela istraživanje, fokusirala se na streptokok, koji je svake godine uzrokovao infekcije milijuna ljudi. U nekim slučajevima iz tih infekcija može se razviti sepsa, za život opasno stanje.

Jennifer Doudna odrasla je na Havajima, gdje joj je otac jednog dana donio knjigu Jamesa Watsona u kojoj je na detektivski način opisana njegova potraga za strukturom DNK. Tad je shvatila da je znanost više od činjenica. Istraživanje je počela na RNK.

Mikrobiolog iz drugog odsjeka nazvao je 2006. Jennifer Doudna i izvijestio je o novom otkriću: kad znanstvenici usporede genetski materijal različitih bakterija, nalaze ponavljajuće sljedove DNK koji su jako dobro očuvani. Isti se kod ponavlja, ali između ponavljanja postoje različiti jedinstveni sljedovi. Nešto kao da se između ponavljanja iste riječi u knjizi pojavljuju jedinstvene rečenice. Te ponavljajuće sljedove nazvali su CRISPR (engl. clustered regularly interspaced short palindromic repeats – klasterirana redovito međusobno razmaknuta kratka palindromska ponavljanja). Palindromi su dijelovi teksta koji čitani od početka prema kraju ili obrnuto glase jednako (kisik, ratar, potop).

Zanimljiva je stvar da jedinstveni neponavljajući sljedovi u CRISPR-lokusu odgovaraju genetskom kodu različitih virusa pa se čini da je to dio prastaroga imunološkog sustava koji štiti bakterije od virusa. Kad bakterija uspije preživjeti virusnu infekciju, ona dodaje  dio virusnoga genetskog koda u svoj genom kao memoriju infekcije. Zbog toga Jennifer Doudna počinje učiti sve što može o CRISPR-sustavu. Znanstvenici su pronašli i posebne gene koje su nazvali CRISPR-associated (pridružene), skraćeno Cas. Zanimljivo je da su ti geni bili vrlo slični genima koji kodiraju poznate proteine specijalizirane za odmotavanje i rezanje DNK. To je upućivalo na to da i Cas-proteini možda  izrezuju virusnu DNK. S vremenom se otkriva da je Cas-protein uistinu endonukleaza, enzim koji reže DNK, te da je vođen RNK. To znači da sadržava crRNK, komplementarnu virusnoj DNK koju će izrezati.

Od 2009. Emmanuelle Charpentier je u Švedskoj, gdje 2011. objavljuje otkriće o tracrRNK (engl. trans-activating CRISPR RNK) koja je važna za procesiranje i stabilizaciju crRNK. Naše dvije junakinje susreću se na konferenciji u Portoriku, gdje su zajedno razgledavale stare dijelove glavnoga grada i razgovarale o budućoj suradnji. Budući da bakterije nemaju jezgru odvojenu membranom kao što imaju stanice ljudi i životinja te ima razlika u interakciji DNK i RNK, nije bilo sigurno hoće li sistem funkcionirati izvan bakterija. Razmišljajući kako napraviti sustav primjenjivim u drugim organizmima, došli su do ideje da tracrRNK i crRNK, molekule koje su inače odvojene, spoje u jedinstveni alat koji bi mogao biti šire primjenjiv. Nakon toga napravile su epohalni eksperiment u kojem su uspjele odrezati DNK na označenom mjestu.

Malo nakon što su dvije znanstvenice objavile otkriće o CRISP-Cas9 genetskim škarama (2012), nekoliko istraživačkih grupa demonstriralo je da se taj alat može koristiti za modificiranje genoma u stanicama miševa i ljudi. U poljoprivredi taj alat ima široku primjenu. Npr. znanstvenici sad mogu promijeniti gene koji omogućuju riži apsorpciju teških metala iz tla pa su razvili sorte s nižim udjelom kadmija i arsena.

Iz ove priče možemo naučiti da nas otvorenost promjenama može daleko dovesti, a zatvaranje u naučene rutine vodi u stagnaciju.