Wyobraźmy sobie dużą i nietypową bibliotekę. Na jej regałach stoi tylko jedna ogromna księga. Dla ułatwienia czytającym podzielono ją na wiele tomów. Jeśli Pan Tadeusz liczy ok. 500 tys. znaków, to ta księga wymagałaby ponad 11,8 tys. takich epopei, aby zmieściła się w niej cała jej zawartość. Ale wielkość to niejedyna osobliwość unikatowej księgi. Mickiewicz Pana Tadeusza napisał trzynastozgłoskowcem, a w tym tajemniczym dziele powtarzają się tylko... cztery litery: A, T, C i G. W sumie jest ok. 6,158 mld. Czym jest to niezwykłe dzieło? Najkrócej mówiąc, to zapis ludzkiego genomu – instrukcja życia, która mówi ciału, jak rosnąć, oddychać, walczyć z chorobami czy regenerować tkanki.

Czasem w tej instrukcji pojawiają się błędy, niczym literówki w tekście. Ich konsekwencje prowadzą do chorób genetycznych, takich jak anemia sierpowata, mukowiscydoza czy rdzeniowy zanik mięśni (SMA). Naprawa takich błędów wymaga precyzyjnego narzędzia, które działa jak edytor tekstu: znajduje błąd, wycina go i wstawia poprawny fragment. Tak właśnie działa CRISPR. Jego sercem jest enzym Cas9, który tnie DNA w wybranym miejscu, oraz RNA prowadzący. On, niczym molekularny GPS, wskazuje miejsce cięcia. Kiedy ono nastąpi, komórka naprawia się sama, choć metody takie jak homogeniczna rekombinacja mogą czasem wprowadzać dodatkowe, niezamierzone zmiany. Gdy naprawa nie jest możliwa, uszkodzony gen można „wyłączyć”, by ograniczyć jego szkodliwe działanie.

Od bakterii do Nobla

Historia CRISPR rozpoczęła się w 1987 r., gdy japoński naukowiec Yoshizumi Ishino, badając bakterie Escherichia coli w ludzkich jelitach, zauważył w ich DNA powtarzające się sekwencje. Nazwano je CRISPR (ang. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – Skupione Regularnie Przeplatane Krótkie Sekwencje Palindromowe), choć ich funkcja pozostawała zagadką. Dopiero w latach 90. ubiegłego wieku hiszpański badacz Francisco Mojica odkrył, że sekwencje te są częścią bakteryjnego systemu odpornościowego. Bakterie przechowują w nich fragmenty DNA wirusów, by przy kolejnym ataku rozpoznawać i niszczyć intruzów. Na kolejny postęp trzeba było czekać do 2005 r., kiedy to Rodolphe Barrangou, badając bakterie stosowane w produkcji jogurtów, potwierdził, że CRISPR współpracuje z enzymem Cas9, który tnie DNA wirusów, neutralizując zagrożenie.

Rok 2012 przyniósł rewolucję, która była kulminacją wcześniejszych prac wielu naukowców. Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna pokazały, że CRISPR-Cas9 można zaprogramować tak, by ciąć dowolne DNA – nie tylko wirusowe, ale także ludzkie, zwierzęce czy roślinne. „To jak nożyczki, które tną dokładnie tam, gdzie wskażesz” – powiedziała Doudna w wywiadzie dla prestiżowego Nature. Odkrycie to, nagrodzone Noblem z chemii w 2020 r., otworzyło drzwi do edycji genów na niespotykaną skalę. Ważny wkład w to dzieło wniósł dr Krzysztof Chyliński, absolwent Politechniki Łódzkiej, który jeszcze jako doktorant Charpentier na Uniwersytecie Wiedeńskim badał kluczowe elementy systemu CRISPR-Cas9.

Uwolnienie z choroby

Pierwsze próby kliniczne z użyciem CRISPR na ludziach rozpoczęto w 2016 r. w Chinach, gdzie zastosowano tę technologię w leczeniu raka płuc. W Europie i USA proces był wolniejszy z powodu rygorystycznych regulacji prawnych. Dopiero 2 lata temu agencje leków w Wielkiej Brytanii i USA zatwierdziły terapię Casgevy, opartą na CRISPR, do leczenia anemii sierpowatej (dotyka ok. 300 tys. osób na świecie) oraz ß-talasemii (80 mln nosicieli genu, ale pełna choroba dotyczy 200-300 tys. osób). Obie choroby powodują silny ból, zatory naczyniowe lub konieczność regularnych transfuzji krwi.

Zastosowanie terapii Casgevy wymaga niezwykłej precyzji. Lekarze pobierają komórki macierzyste ze szpiku pacjenta, a w laboratorium edytują gen BCL11A, by aktywować produkcję zdrowszej hemoglobiny płodowej. Po chemioterapii, która usuwa chore komórki, pacjent otrzymuje zmodyfikowane komórki z powrotem.

Wyniki badań klinicznych Casgevy? Dwudziestu ośmiu z dwudziestu dziewięciu pacjentów z anemią sierpowatą przestało odczuwać ataki bólu przez co najmniej rok, a trzydziestu dziewięciu z czterdziestu dwóch pacjentów z ß-talasemią nie potrzebowało już transfuzji. – To jak uwolnienie z więzienia choroby – podsumował Julian Beach z brytyjskiej Agencji Regulacji Leków.

W 2024 r. jedenastu z czternastu pacjentów z dziedziczną ślepotą Lebera (choroba siatkówki) doświadczyło poprawy wzroku po terapii EDIT-101. Z kolei na początku tego roku w Szpitalu Dziecięcym w Filadelfii zespół prof. Kirana Musunuru zastosował technikę base editing – zmianę pojedynczej litery w DNA bez cięcia nici – u 9-miesięcznego dziecka z niedoborem CPS1, rzadką chorobą metaboliczną. Powoduje ona gromadzenie się amoniaku we krwi, co prowadzi do uszkodzeń mózgu i wątroby. Terapia, dostarczona przez nanocząsteczki lipidowe, pozwoliła dziecku normalnie się rozwijać. – To spełnienie marzeń o medycynie precyzyjnej – powiedział prof. Musunuru w komentarzu dla New England Journal of Medicine.

Dodajmy, że w naszym kraju także stosuje się terapie genowe. We Wrocławiu 5-miesięczne dziecko z ciężkim niedoborem odporności (SCID, tzw. choroba bąbelkowa) otrzymało terapię genową, która przywróciła mu zdolność do walki z infekcjami. W Warszawie stosuje się Zolgensma – lek na rdzeniowy zanik mięśni (SMA), który ratuje dzieci kiedyś skazane na śmierć przed 2. rokiem życia.

Nowe horyzonty i...

Badania nad CRISPR rozwijają się błyskawicznie. Rocznie publikuje się ponad 4 tys. nowych prac naukowych o tej metodzie, a od 2012 r., czyli od odkrycia Charpentier i Doudna, ukazało się ich już ponad 50 tys. Ogłaszane badania pokazują, że technologia wykracza poza choroby genetyczne. CRISPR testuje się m.in. w leczeniu cukrzycy, chorób serca czy w transplantologii, gdzie pojawia się szansa na hodowlę organów w ciałach zwierząt. Sukces w tym obszarze mógłby zmniejszyć stały problem deficytu dawców. A tylko w Polsce na przeszczep czeka ponad 2 tys. osób.

Amerykanie przeprowadzili eksperyment wskazujący, że CRISPR-Cas9 może pomóc w leczeniu niektórych chorób psychicznych. W Wielkiej Brytanii zmodyfikowano limfocyty T, by zwalczały białaczkę: czworo z sześciorga dzieci osiągnęło remisję. Holenderskie badania wykazały możliwość usunięcia DNA HIV z komórek, co otwiera drogę do leku na AIDS. Izraelscy naukowcy użyli CRISPRLNP do wyłączenia genu SOX2 w raku płaskonabłonkowym głowy i szyi. U myszy wzrost guza spadł o 90%, a połowa guzów zniknęła. Jeśli dalsze testy potwierdzą bezpieczeństwo, badania kliniczne na ludziach mogą ruszyć w najbliższych latach.

...wyzwania

Mimo spektakularnych sukcesów CRISPR ma także bardzo istotne ograniczenia. Profesor David Rueda, autor ponad osiemdziesięciu publikacji z biologii molekularnej, podkreślił: „Nie znamy długoterminowych skutków edycji genów, a dostarczanie CRISPR do komórek, np. mózgu czy serca, wymaga zaawansowanych metod, jak nanocząsteczki, które są w fazie badań”. Kluczowe ryzyko to niezamierzone mutacje, które mogą wprowadzać nowe błędy w DNA. A to może prowadzić do poważnych konsekwencji zdrowotnych. W wywiadach dr Chyliński stwierdza, że metoda, jeśli chodzi o niespecyficzne modyfikacje, nie jest doskonała, ale dodaje, iż w ostatnich latach wykonano „niesamowity przeskok”.

Takiego postępu nie widać natomiast w aspekcie dostępności terapii. Barierą były i nadal są astronomiczne koszty. Casgevy i Zolgensma to 2 mln dol. za dawkę, a terapia dziecka w Filadelfii kosztowała 800 tys. dol.

Jeszcze większe emocje niż pieniądze budzą kwestie etyczne. W 2018 r. chiński naukowiec He Jiankui edytował geny bliźniąt, by były odporne na HIV. Eksperyment, przeprowadzony bez nadzoru, zakończył się jego uwięzieniem i wywołał debatę o eugenice.

Historie pacjentów – od chłopca z Filadelfii po dzieci odzyskujące wzrok – pokazują, że medycyna weszła w nową erę. Ale CRISPR to również test dla naszego człowieczeństwa. Czy technologia ta będzie dostępna dla wszystkich, czy tylko dla najbogatszych? Czy użyjemy jej, by leczyć, czy też aby tworzyć „ulepszonych” ludzi? Obyśmy zdali ten egzamin, zanim technologia zda go za nas.