Każdy chce być stworzycielem

W 1989 roku, tuż po ukończeniu obowiązkowego szkolenia wojskowego, 26-letni hiszpański mikrobiolog Francisco Mojica zatrudnił się na Uniwersytecie w Alicante. Jego praca polegała na badaniu jakości wody na atrakcyjnych turystycznie plażach regionu. Spędziwszy wiele tygodni w kurortach Costa Blanca, wzbogacił laboratorium mikrobiologiczne o obszerną bibliotekę próbek zawierających najprzeróżniejsze mikroorganizmy żyjące w piaskach Hiszpanii. Analizował słonolubne archebakterie z gatunkuHaloferax mediterranei, a jego mało ekscytujące zadanie polegało na uzyskaniu ich sekwencji genetycznych. Choć dziś proces ten jest tani i niemal całkowicie zautomatyzowany, wówczas oznaczało to godziny benedyktyńskiej pracy w laboratorium.

Na początku 1993 roku we fragmencie genomu tego organizmu Mojica zauważył coś niezwykłego: powtarzające się w regularnych odstępach sekwencje DNA, niemal identyczne fragmenty kodu o długości około trzydziestu „liter” (zapis informacji w DNA dokonuje się za pomocą czterech nukleotydów, elementów składowych oznaczanych literami A, C, T i G). To tak, jak gdyby w wielu miejscach książki znaleźć to samo długie zdanie. Co ciekawe, fragmenty te miały charakter palindromów. Czytane od początku i od tyłu brzmiały identycznie, jak słowa „oko”, „sedes” czy zdanie „Łapał za kran, a kanarka złapał” mistrza polskich palindromów Józefa Godzica.

Mojica wspomina dziś, że początkowo uznał tak regularny układ nukleotydów za błąd wynikły z technicznego niedopatrzenia. Ot, fragment genomu został skopiowany kilkakrotnie; zdarza się. Aby to zweryfikować, musiał mozolnie odtworzyć wszystkie poprzednie kroki. Szczęśliwie dla siebie – i dla nauki – oparł się pokusie zamiecenia tej osobliwości pod dywan i ponowił procedurę. Wyniki były identyczne. Przełom w zrozumieniu znaczenia tych powtórzeń nastąpił w sierpniu, gdy Mojica spędzał dzień wolny od pracy nad morzem, w Salinas de Santa Pola pod Alicante. Jak wspomina w wywiadzie dla czasopisma „El•lipse”, upał przegnał go z gorącej plaży do laboratorium wyposażonego w klimatyzację. W chłodzie pracowni natrafił wówczas na ślad tego, co dziś określamy jako CRISPR/Cas, część bakteryjnego systemu odporności nabytej.

Przypuśćmy, że pewną bakterię spotyka infekcja wirusowa. Obok mechanizmów komórkowych odpowiadających za wytępienie paskudztwa występują też specjalistyczne białka, które odnajdują obcą cząsteczkę kodu genetycznego wirusa i wycinają z niego niedługi fragment, liczący zwykle trzydzieści do czterdziestu „liter” (nukleotydów). Następnie bakteria wbudowuje go we własną nić DNA w sąsiedztwie charakterystycznej sekwencji, która powiadamia: „Uwaga! Tu przechowywana jest próbka DNA wirusa”. Ów ciąg kodu to właśnie CRISPR, a poszczególne próbki obcego DNA określa się jako „spejsery” (od ang.spacer). Pojedyncza biblioteczka elementów tego typu składa się zwykle z nie więcej niż pięćdziesięciu osobnych zapisów i stanowi ważny składnik komórkowego mechanizmu wykrywania zagrożeń. Przyczepione do odpowiednich białek bakteryjnego „układu odpornościowego” kopie spejserów krążą po komórce, a gdy któraś z nich natrafi na swój odpowiednik – czyli DNA pochodzące od rzeczywistego wirusa – uruchamia reakcję mającą na celu zniszczenie intruza. Jest to mechanizm analogiczny do tego, dzięki któremu nasze własne komórki układu odpornościowego, limfocyty T, są w stanie „zapamiętywać” przeszłe zagrożenia i w przyszłości sprawnie na nie reagować. Na tej zasadzie działają też szczepionki.

Gdy Mojica uświadomił sobie, jakie znaczenie mogło mieć to odkrycie, opisał je i wysłał do czasopisma „Nature”, ale redaktorzy odrzucili jego artykuł, podobnie jak czterech kolejnych wydawców. Dopiero lata później CRISPR/Cas został systematycznie opisany w literaturze naukowej.

Dużą rolę w uznaniu istotności tego systemu odegrały odkrycia takich samych powtórzonych sekwencji u kolejnych gatunków mikroorganizmów. W ten sposób ciekawostka mikrobiologiczna okazała się ważnym procesem …