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 gatunku Haloferax 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 występującym, jak się uważa obecnie, przynajmniej u połowy znanych nauce gatunków bakterii, w tym również występujących naturalnie w organizmie zdrowego człowieka (jak Escherichia coli) lub wywołujących u ludzi choroby bakteryjne – to zaś może już mieć kluczowe znaczenie dla nauk medycznych. W 2001 roku Mojica wraz z holenderskim biologiem molekularnym z Utrechtu Ruudem Jansenem zaproponowali nazwę CRISPR: Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats, czyli występujące w grupach („clustered”), w regularnych odstępach („regularly interspersed”) krótkie („short”) sekwencje palindromiczne („palindromic”), które się powtarzają („repeats”). Rok później Jansen zidentyfikował szereg genów współwystępujących z sekwencjami CRISPR i tworzącymi stale stowarzyszony z nimi układ – „CRISPR-associated system”, czyli Cas. Tak narodził się termin CRISPR/Cas. Po kilku latach potwierdzono, że podstawowym mechanizmem, za pomocą którego bakterie unieszkodliwiają intruza zlokalizowanego na podstawie danego spejsera, jest przecięcie DNA w miejscu, do którego się on przyczepia.

W środowisku biochemików zaczęła dojrzewać myśl, że stosowana przez naszych jednokomórkowych towarzyszy metoda jest doskonałym narzędziem inżynierii genetycznej. Sama idea edycji genomu zasadza się na tym, aby w ściśle określonym miejscu w DNA wprowadzić modyfikację, dodając coś, ujmując lub podmieniając dany gen na jego odmianę. Pierwszym krokiem jest precyzyjne zlokalizowanie danego odcinka DNA oraz wykonanie w nim przerwania, które odpowiada pierwszemu wgłębieniu skalpela w skórę przy skomplikowanej operacji. CRISPR/Cas to właśnie sprawdzony przez miliardy pokoleń bakterii system lokalizowania ściśle określonej sekwencji i przecinania nici DNA w jej pobliżu.

rysunek Paweł Palikot

Jedną z osób prowadzących badania nad CRISPR/Cas jest Jennifer Doudna, młodsza o rok od Mojiki, ambitna biochemiczka o spektakularnej karierze naukowej. Po kilkuletniej pracy w prestiżowym laboratorium Jacka Szostaka (znakomitego amerykańskiego genetyka polskiego pochodzenia, który w 2009 roku otrzymał Nagrodę Nobla z fizjologii i medycyny) trafiła na Uniwersytet Yale, gdzie w 1994 roku – gdy miała zaledwie trzydzieści lat – pozwolono jej utworzyć własną grupę badawczą. W 2002 roku przeniosła się na Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley (UCB).

O systemie CRISPR/Cas po raz pierwszy usłyszała w rozmowie telefonicznej z mikrobiolożką Jillian Banfield. „Nigdy nie zapomnę dnia, kiedy pierwszy raz usłyszałam słowo «CRISPR»” – Doudna wspomina zdarzenie z 2006 roku w książce A Crack in Creation. Gene Editing and the Unthinkable Power to Control Evolution (Pęknięcie w dziele stworzenia. Edycja genomu i niewyobrażalna moc kontroli ewolucji). Banfield pracowała wówczas nad systemem CRISPR, którego funkcja i struktura nie były jeszcze dobrze znane. Kontakt do Doudny znalazła przez Google’a, gdy szukała laboratorium biotechnologicznego, które zechciałoby wejść z nią we współpracę. Doudna opisuje, że po krótkiej rozmowie z Banfield zaraziła się jej entuzjazmem (wcześniej sprawdziła w wyszukiwarce, czy rzeczywiście ma do czynienia z szanowanym naukowcem). Kobiety spotkały się w kawiarni w Berkeley, gdzie rozemocjonowana Banfield przyniosła stos prac naukowych. Po krótkiej grzecznościowej wymianie zdań niecierpliwie wyciągnęła notatki i naszkicowała Doudnie na kartce papieru uproszczony schemat systemu CRISPR. Jak wspomina Doudna, przez jej plecy przebiegł dreszcz.

W sierpniu 2012 roku Doudna (wraz z pięciorgiem innych autorów, wśród których znaleźli się Emmanuelle Charpentier, jej przyszła współpracowniczka naukowa i biznesowa, oraz Polak Krzysztof Chyliński, stowarzyszony wówczas z instytucjami naukowymi w Austrii i Szwecji) opublikowała w czasopiśmie „Science” przełomowy artykuł, w którym opisała szczegółowo mechanizm funkcjonowania jednej z kluczowych endonukleaz (enzymów dokonujących cięcia nici DNA) systemu CRISPR/Cas o nazwie Cas9. Doudna i pozostali autorzy przeprowadzili próbne cięcia fragmentu DNA. Na pięć podejść nić DNA została przerwana w oczekiwanym miejscu za każdym razem, co pozwoliło autorom uznać, że metoda ma „znaczący potencjał w zastosowaniach inżynierii genetycznej”. Od tego momentu prace badawcze ruszyły w niewiarygodnym tempie. O ile w 2012 roku w głównych czasopismach naukowych świata opublikowano 126 artykułów na temat CRISPR, w 2016 było ich już 2155.

Malaria z polskiej perspektywy może się wydawać odległym zagrożeniem, ale corocznie zapada na nią dwieście do trzystu milionów ludzi, z czego od pół do miliona umiera. W grudniu 2015 roku świat biomedycyny zelektryzował projekt trwałego genetycznego zmodyfikowania komara (Aedes aegypti) w taki sposób, by nie był w stanie dalej roznosić choroby.

Malarię przenosi owad, ale właściwym czynnikiem infekcyjnym jest mikroorganizm o nazwie zarodziec (Plasmodium) należący do królestwa protistów (znanych powszechnie jako pierwotniaki). Pasożyty te rozmnażają się w organizmie komara, skąd za pośrednictwem jego śliny trafiają do człowieka. Autorzy pracy opublikowanej w „Nature Biotechnology” początkowo planowali za pomocą CRISPR/Cas wykonać drobną, ale precyzyjnie zaplanowaną modyfikację genetyczną, która sprawiłaby, że pasożyt nie będzie w stanie prawidłowo się rozmnażać w tak zmienionym organizmie komara. Pierwotne zamierzenie nie powiodło się i ostatecznie przyjęto inną, bardziej radykalną strategię: wprowadzono zmiany obniżające płodność samic komara. W radykalnie zmniejszonej populacji owadów pasożyty mają roznosić się mniej skutecznie, co znacząco zwiększy odsetek komarów niezarażonych, a tym samym zredukuje ryzyko zachorowania na malarię wskutek ukąszenia.

Na malarię corocznie zapada do trzystu milionów ludzi, z czego do miliona umiera. W grudniu 2015 roku świat zelektryzował projekt genetycznego zmodyfikowania komara, by nie był w stanie dalej roznosić choroby.

Plan przewiduje wpuszczenie do środowiska naturalnego mutantów; ci, wyposażeni w dodatkowe modyfikacje genetyczne, w niedługim czasie powinni zdominować populację. Mowa więc o trwałej zmianie genetycznej całego gatunku, by nie stanowił zagrożenia dla ludzi. Projekt nie został jeszcze zrealizowany, ale tego typu zastosowania ujawniają całą potęgę nowej metody i jednocześnie ilustrują dylematy etyczne, z jakimi się wiąże.

Modyfikować można dowolny organizm. W październiku 2015 roku genetyk i botanik Yinong Yang zgłosił do amerykańskiego Departamentu Rolnictwa (USDA) nową, opracowaną przy zastosowaniu CRISPR/Cas odmianę pieczarek, które nie brązowieją w lodówce. Odpowiedzialny za ocenę bezpieczeństwa organizmów modyfikowanych genetycznie USDA uznał, że ta modyfikacja nie podlega jej instytucjonalnemu nadzorowi.

Był to pierwszy taki przypadek w Stanach Zjednoczonych, a prawdopodobnie i na świecie. Okazało się, że zgodnie z prawem amerykańskim organizmy, których genom poddano edycji metodą CRISPR/Cas, nie są uznawane za organizmy modyfikowane genetycznie (GMO). Przyczyna jest prosta – GMO wciąż są wąsko definiowane jako odmiany, do których metodami biotechnologicznymi zostały wprowadzone geny pochodzące z innego organizmu. Opis ten nie dotyczy zatem metody CRISPR/Cas, która polega na edycji genomu danego organizmu „na miejscu”, a nie poprzez wklejanie segmentów obcego DNA. Tak powstał typowo amerykański eufemizm: metodą tą tworzy się organizmy edytowane genetycznie – i tak są określane białe jak śnieg pieczarki Yanga – lecz nie modyfikowane genetycznie. Tych pierwszych nie obejmuje zaś szereg przepisów bioetycznych i konsumenckich.

Jest to dramatyczny przykład nienadążania legislacji za technologią. Choć trwają prace nad przeformułowaniem odpowiednich przepisów prawa amerykańskiego, postępują one żmudnie i nie nadążają za pracami opłacanych przez koncerny spożywcze biotechnologów. Przez sita USDA zdążyły przejść już takie wynalazki przemysłu spożywczego, jak nadzwyczaj kruche mięso wołowe (uzyskane dzięki edycji genetycznej krów) oraz szczególnie dobrze znosząca suszę soja. Na liście produktów, które najprawdopodobniej w najbliższym czasie trafią na stoły Amerykanów, są też pomidory, które dłużej zachowują aromat, oraz kapusta, która smakuje jak brokuł.

Ponieważ organizmy noszące zmiany wprowadzone metodą CRISPR/Cas nie są formalnie modyfikowane genetycznie, przy ich sprzedaży nie stosuje się rygorystycznych przepisów konsumenckich dotyczących GMO. Nie ma przepisu nakazującego amerykańskim producentom żywności informować konsumentów o ewentualnych edycjach genetycznych tak usprawnionej żywności.

W Europie problem ten również pozostaje nierozwiązany. Jako pierwsi zareagowali nań Niemcy, którzy 14 lutego 2017 roku zorganizowali debatę z udziałem przedstawicieli rządu oraz Leopoldiny, czyli niemieckiej Narodowej Akademii Nauk, poświęconą pytaniu, w jaki sposób CRISPR/Cas wpisuje się w istniejące regulacje GMO. Nie osiągnięto konsensusu. Przedstawiciele Ministerstwa Środowiska opowiadali się za wzmocnieniem regulacji, podczas gdy Ministerstwo Rolnictwa oraz Biuro ds. Ochrony Konsumenta wypowiadały się z większą rezerwą, co w przypadku tego drugiego urzędu może dziwić, skoro w interesie konsumenta leży informacja o wszelkich ingerencjach genetycznych w kupowanych produktach spożywczych. To jednak na razie wstępne debaty, podczas gdy zastosowania CRISPR/Cas i sam stan wiedzy na temat tej metody zmieniają się z miesiąca na miesiąc.

Nikt nie jest w stanie dzisiaj przewidzieć, jak przedstawia się kwestia bezpieczeństwa organizmów edytowanych genetycznie. Choć bowiem metoda ta bywa przedstawiana jako niegroźny skalpel biotechnologiczny, który precyzyjnie wykraja i wkleja pożądane sekwencje DNA, lektura artykułów naukowych na temat CRISPR/Cas odsłania lęk badaczy, czy w toku procedury edycji nie dochodzi do nieplanowanych zmian genetycznych w przypadkowych obszarach genomu. Gdyby modyfikacja taka nastąpiła, trudno byłoby przewidzieć jej konsekwencje.

Jeśli porównamy genom ludzki do zwykłego tekstu – na przykład opisu maszyny – to metoda CRISPR/Cas polega z grubsza na odnalezieniu w nim pewnej sekwencji znaków (jak słów „zębatka numer 15 ma dwadzieścia cztery zęby”) i wklejeniu w jej miejsce innej („zębatka numer 15 ma trzydzieści dwa zęby”). Działa więc jak funkcja „znajdź i zamień” w edytorze tekstu. Jeśli poszukiwana fraza występuje w całym dokumencie więcej niż raz, zmiana zostanie dokonana we wszystkich z nich – trzeba więc być bardzo czujnym. A co, jeśli w innej części tego samego tekstu numerem 15 oznacza się zupełnie inną zębatkę? W przeciwieństwie do algorytmów komputerowych, narzędzia biochemiczne nie działają ponadto zero-jedynkowo. Czasem edycja jest dokonywana w miejscu, które wykazuje się wystarczająco dobrą zgodnością z poszukiwaną sekwencją. W badaniach opisywanych w najbardziej prestiżowych czasopismach zazwyczaj sprawdza się cały genom edytowanego organizmu pod kątem tego typu niepożądanych zmian. Wciąż jednak jest to żmudne i kosztowne. Czy przy dokonywaniu jednoczesnej, masowej edycji na setkach i tysiącach organizmów zostaną dochowane takie same środki ostrożności?

Choć metoda jest przedstawiana jako niegroźny skalpel biotechnologiczny, lektura artykułów naukowych odsłania lęk przed nieplanowanymi zmiani genetycznymi.

W kontekście komercyjnego zastosowania CRISPR/Cas dochodzi więc do wielokrotnie już doświadczanej przy innych zmianach technologicznych kolizji interesów. Z jednej strony walka o bezpieczeństwo i jawność, przećwiczona do pewnego stopnia przy okazji batalii prawno-medialnej o GMO. Z drugiej kuszące naukowców potężne możliwości i wiążące się z nimi jeszcze większe pieniądze. Dla wszystkich zaangażowanych jest bowiem jasne, że ktokolwiek posiądzie klucz do CRISPR/Cas, może liczyć na olbrzymi zysk. Szczególnie że chodzi nie tylko o modyfikacje żywności i innych organizmów, ale również samego człowieka.

W styczniu 2013 roku działająca na Massachusetts Institute of Technology (MIT) grupa badawcza, której przewodniczył 31-letni wówczas neurobiolog Feng Zhang, ogłosiła edycję genomu ludzkiego metodą CRISPR/Cas (niemal równocześnie uczynił to George Church z Harvard Medical School).

W czasie, gdy Doudna rozpoczynała z Banfield wspólny projekt bakteriologiczno-biotechnologiczny, a Mojica był już szanowanym profesorem w Alicante, Zhang miał zaledwie dwadzieścia cztery lata. W świat CRISPR wszedł więc, gdy podstawy chemiczne systemu i niektóre potencjalne zastosowania zaczynały być znane. W wywiadzie dla magazynu „Motherboard” wspomina, że idea programowania żywych organizmów jak komputery zapłodniła jego umysł, kiedy pierwszy raz zobaczył Jurassic Park.

O CRISPR dowiedział się w lutym 2011 roku, kiedy zaszyty w tyle sali wykładowej nieuważnie słuchał wystąpienia konferencyjnego. Zainteresował go skrót, którego znaczenie sprawdził w internecie. Kilka dni później, podczas konferencji naukowej w Miami nie wychodził już z pokoju hotelowego, czytając artykuł za artykułem. „Szczęśliwie, badania nad CRISPR były wówczas młode i nie było zbyt wiele do czytania” – śmieje się Zhang w rozmowie z serwisem Stat i dodaje, że ku jego zaskoczeniu „naukowcy byli wówczas zainteresowani głównie wykorzystaniem CRISPR do produkowania lepszego jogurtu”.

Newsletter

Aktualności „Pisma”

Raz w miesiącu poinformujemy Cię o najważniejszych materiałach z numeru, nowych podcastach.

Zapisz się

W opublikowanym w czasopiśmie „Science” artykule Zhang i jego grupa opisali kluczowy krok na drodze do uczynienia z CRISPR/Cas nadziei medycyny genetycznej. Korzystając z naturalnych mechanizmów naprawy DNA, dokonali podmiany fragmentu genomu w ludzkich komórkach. Sam system CRISPR/Cas służy, jak pamiętamy, wyłącznie do odnajdywania określonej sekwencji i przecinania w jej miejscu nici DNA. Ale biotechnologów interesuje modyfikacja genomu, czyli procedura, w trakcie której oprócz wycięcia fragmentu materiału genetycznego dokonuje się wklejenia w jego miejsce pożądanej sekwencji. Zhang zademonstrował, że gdy wraz z cięciem podstawi się w odpowiednie miejsce krótką cząsteczkę DNA, naturalnie funkcjonujące w komórkach mechanizmy naprawcze spowodują „sklejenie” wolnych końców nici.

Zhang od samego początku był nastawiony na zastosowanie tej metody w organizmie człowieka. Na liście jego artykułów naukowych próżno doszukiwać się badań nad podstawami bakteriologicznymi systemu CRISPR albo zastosowaniem go do produkcji żywności. Bez trudu można natomiast odnaleźć firmowane jego nazwiskiem patenty biotechnologiczne nastawione na cele medyczne. Zhanga, podobnie jak wielu innych naukowców, ekscytują możliwości, jakie CRISPR/Cas stwarza w walce z szeregiem chorób.

Wirus opryszczki pospolitej (HSV-1) odpowiada nie tylko za powszechnie znane, względnie nieszkodliwe wypryski na skórze; przy poważniejszych infekcjach wywołuje komplikacje mogące prowadzić do śmierci. Do rodziny spokrewnionych z nim patogenów, określanej jako herpeswirusy, należy też wirus ospy wietrznej-półpaśca oraz wirus mięsaka Kaposiego (KSHV), jeden z siedmiu znanych obecnie wirusów mogących wywoływać chorobę nowotworową. Infekcje blisko spokrewnionym wirusem Epsteina-Barr (EBV) również potrafią skończyć się nowotworami. Problem polega na tym, że leczenie infekcji herpeswirusowych nie prowadzi do trwałego usunięcia wirusów z organizmu. Kto raz miał opryszczkę, będzie jej nosicielem do końca życia. Tu wkracza CRISPR/Cas. W marcu 2015 roku został opublikowany artykuł opisujący całkowite wytępienie wirusów z tkanek ludzkich zainfekowanych przez EBV. Autorzy posłużyli się hodowlą nowotworu o nazwie chłoniak Hodgkina, który w pewnych przypadkach wydaje się współwystępować z wirusem Epsteina-Barr. Udało się wytępić nie tylko wirusy aktywnie się rozmnażające, ale również te w stadium uśpienia.

Choć wszelkie sukcesy medyczne in vitro należy traktować z wielką ostrożnością, łatwo sobie wyobrazić, że CRISPR/Cas budzi żywe zainteresowanie pacjentów, mediów i samego środowiska lekarskiego. Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków 30 sierpnia 2017 roku dopuściła do użytku pierwszą w tym kraju terapię genową – Kymriah firmy Novartis. Polega ona na genetycznym przeprogramowaniu komórek układu odpornościowego pacjentów chorych na pewne postaci choroby nowotworowej, aby ich limfocyty potrafiły skutecznie rozpoznawać komórki nowotworowe i je unieszkodliwiać. Jest to metoda już dopuszczona do użytku – a więc nie tylko o skuteczności wykazanej naukowo, ale i wyższej od wszystkich innych dostępnych dotychczas metod leczenia tej określonej choroby. Dzięki metodzie CRISPR/Cas tego typu formy terapii staną się zdecydowanie tańsze i szybsze. Choć nie stanowi ona magicznego „leku na raka”, jest potężnym krokiem na drodze ku biotechnologicznej władzy nad organizmami: bakteryjnymi, zwierzęcymi i ludzkimi.

rysunek Paweł Palikot

Samej esencji metody crispr/cas, czyli stosowania krótkich fragmentów DNA do kierowania endonukleazami, nie można opatentować. Jest to naturalny proces biochemiczny występujący w żywych komórkach; równie dobrze można próbować zastrzec prawnie proces oddychania. Każdy kraj ustanawia własne prawo patentowe, jednak jakieś obostrzenia są w nim zawsze obecne. Przykładowo zgodnie z prawem amerykańskim można zgłosić do patentu wyłącznie nieoczywistą (non-obvious) modyfikację naturalnego procesu lub materiału biologicznego, jak stosowanie metody CRISPR/Cas w ramach precyzyjnie zdefiniowanej procedury albo przy leczeniu ściśle określonej choroby. W historii prawa patentowego nie brakuje jednak przypadków roszczeń próbujących łamać tę zasadę. W lutym 2013 roku federalny sąd australijski przyznał firmie Myriad Genetics prawo patentowe do genu BRCA1 – jednego z naturalnie występujących ludzkich genów, którego nieprawidłowa ekspresja jest związana z podwyższonym ryzykiem zachorowania na raka piersi. Po długiej i żmudnej procedurze odwoławczej w październiku 2015 roku australijski Sąd Najwyższy orzekł, że nie można opatentować naturalnie występującego materiału genetycznego. Dwa lata wcześniej w analogicznej sprawie amerykański Sąd Najwyższy podjął taką samą decyzję.

W październiku 2017 roku wyszukiwarka patentów Google Patents pokazywała 3877 wyników ze słowem kluczowym „CRISPR”. Każdemu kolejnemu etapowi na drodze ku zrozumieniu, jak funkcjonuje system CRISPR/Cas, towarzyszył zalew patentów składanych po omacku przez biologów liczących na to, że akurat ten kroczek okaże się w przyszłości kluczową zębatką w istotnej – i intratnej – metodzie terapeutycznej.

Wojna patentowa trwa. „Oni mają patent na zielone piłeczki tenisowe. My prawdopodobnie będziemy mieli patent na wszystkie piłeczki tenisowe”.

Wyścig patentowy rozpoczął się, zanim świat poznał wyniki pionierskich badań Jennifer Doudny i Fenga Zhanga. Już w maju 2012 roku – przed ukazaniem się przełomowego artykułu – Doudna i Charpentier złożyły swój pierwszy patent za pośrednictwem Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, z którym wówczas współpracowały. Pół roku po nich szereg wniosków dotyczących nowej metody złożyła grupa badawcza prowadzona przez Zhanga. On sam, jako pracownik Broad Institute, potężnej instytucji non profit korzystającej z zasobów ludzkich i finansowych MIT oraz Uniwersytetu Harvarda, skutecznie wykorzystał dostęp do znakomitych prawników i administracji doskonale rozumiejącej, w jaki sposób uzyskuje się przewagę w biotechnologii. Choć najwcześniejszy wniosek Zhanga (oraz Broad Institute) w bazie Google Patents nosi datę 12 grudnia 2012 roku, czyli pół roku po Doudnie, to on został ostatecznie przyjęty jako pierwszy. Broad Institute skorzystał z przyspieszonej drogi ewaluacji roszczenia patentowego (tzw. fast-track review), na co za dodatkową opłatą pozwala Amerykański Urząd Patentów i Znaków Towarowych (USPTO). Ponadto w przeciwieństwie do ogólnikowo sformułowanego przez Doudnę zagadnienia stosowania metody CRISPR/Cas do celów edycji genomów „w organizmach żywych”, rozwiązanie Zhanga dotyczy stosowania metody CRISPR/Cas w celach terapeutycznych u ludzi. Po trzech latach sporów patentowych w lutym 2017 roku rozżalona Doudna komentowała – jak podaje cyfrowe wydanie „Science” – „Oni mają patent na zielone piłeczki tenisowe. My prawdopodobnie będziemy mieli patent na wszystkie piłeczki tenisowe”.

W momencie pisania tego tekstu wciąż trwa procedura apelacyjna, a przedstawiciele Broad Institute i Uniwersytetu Kalifornijskiego regularnie spotykają się w sądzie. Pod koniec lipca 2017 roku UCB złożył na ręce Rady Apelacyjnej amerykańskiego sądu patentowego (PTAB) zażalenie, w którym mówi o nierównym traktowaniu obu wniosków patentowych. Przez wszystkie przypadki odmieniane jest słowo oczywisty. Przedstawiciele UCB twierdzą, że z artykułu Doudny i Charpentier wynika w sposób oczywisty, że opisywana tam metoda powinna dać się stosować w komórkach ssaków, w tym również i ludzkich, zatem patent Zhanga, dotyczący ściśle stosowania CRISPR/Cas u ludzi, jest tylko oczywistym zastosowaniem ich własnego odkrycia. Cytowane są też opinie biegłych (Uniwersytet Kalifornijski zarzuca, że nie zostały one rozważone przez PTAB), zdaniem których każdy biolog posiadający „przeciętną biegłość w tej dyscyplinie” mógł na podstawie artykułu Doudny i Charpentier przeprowadzić opisywane przez grupę Zhanga procedury edycji genomu. Krótko mówiąc, prawdziwe odkrycie zostało dokonane przez grupę z UCB, a Broad Institute jest jedną z wielu instytucji, która przedstawiła oczywiste zastosowanie tego odkrycia.

Spór między Zhangiem i Doudną to tylko jeden aspekt wojny patentowej, jaka rozgorzała wokół CRISPR/Cas. W 2015 roku firma CRISPR Therapeutics (jej współzałożycielką jest wspomniana już Emmanuelle Charpentier, kiedyś blisko współpracująca z Doudną) złożyła szereg patentów o bardzo zbliżonych nazwach (wszystkie rozpoczynają się od słów Materials and methods for treatment of…, czyli Materiały i metody służące do leczenia…) i niemal identycznej treści. Wszystkie opisują zastosowanie CRISPR/Cas w leczeniu długiej listy chorób genetycznych. Wśród jednostek chorobowych wymienianych we wnioskach są hemoglobinopatie, dystrofia mięśniowa Duchenne’a, niedobór alfa-1 antytrypsyny, a nawet stwardnienie zanikowe boczne, choć podłoże genetyczne tej choroby nie jest znane. W żadnym z podanych przypadków nie jest jasne, czy terapia genowa w ogóle może być skuteczna. Nie istnieją też badania kliniczne potwierdzające efektywność (nie mówiąc o bezpieczeństwie) CRISPR/Cas w ich leczeniu. Nie o to jednak chodzi. Konkretna metoda terapeutyczna może pojawić się za wiele lat; już teraz wyłania się jednak pytanie, kto będzie czerpał z niej korzyści finansowe. Odpowiednio wcześnie zgłoszony patent ma kluczowe znaczenie.

Dostęp online

Czytaj i słuchaj bez ograniczeń.

Kup

Nic więc dziwnego, że spory naukowe mieszają się z biznesowymi. W lutym 2017 roku dziennikarz magazynu „Science” John Cohen podał, że Zhang posiada 480 tys. akcji w Editas Medicine wartych prawie dziewięć milionów dolarów, a udziały Charpentier w CRISPR Therapeutics były warte niemal pięć milionów. Doudna jest współzałożycielem innej firmy biotechnologicznej, notowanej na giełdzie NASDAQ Intellii Therapeutics.

W całym sporze chodzi jednak o coś więcej niż pieniądze. O złoty medal i prestiż, których nie można kupić.

Sztuczki, do których uciekają się główni aktorzy tego spektaklu, nie należą do subtelnych. Na łamach jednego z najbardziej prestiżowych czasopism biologicznych świata „Cell” 14 stycznia 2016 roku ukazał się artykuł Erica Landera zatytułowany The heroes of CRISPR (Bohaterowie CRISPR), który miał być przeglądową analizą źródeł, inspiracji i kluczowych kroków na drodze ku nowej, rewolucyjnej metodzie biotechnologicznej. Renoma czasopisma gwarantowała jakość tekstu.

Zaledwie parę godzin po ukazaniu się internetowej wersji tego artykułu na Twitterze zawrzało. Bliższa lektura tekstu ujawniała zaskakująco powściągliwy opis roli Doudny i Charpentier w opracowaniu metody CRISPR/Cas oraz przesadnie podkreślane znaczenie Zhanga. Biotechnolog Stephen Floor określił artykuł jako „materiał do lektury na zajęcia z propagandy naukowej”. Biolog Michael Eisen zauważył przytomnie, że Eric Lander jest po prostu prezydentem Broad Institute.

Czasopismo „Science”, które uznało odkrycie za największy przełom naukowy roku 2015, w swoim komentarzu napisało: „Czy wyjdzie nam to na dobre, czy złe, wszyscy żyjemy dziś w świecie CRISPR”.

Trzy dni później Doudna opublikowała za pośrednictwem popularnej platformy PubMed, służącej zwykle biologom do udostępniania artykułów naukowych, nieformalny komentarz, w którym określiła artykuł Landera jako „zawierający błędy merytoryczne”. Żaliła się, że zamieszczony w tekście opis jej własnego laboratorium oraz jej rozmów z innymi badaczami „nie został w żaden sposób potwierdzony”, a ona sama nie wyraziła zgody na jego publikację. Lander tłumaczył w odpowiedzi, że przed publikacją zgłosił się do kilkunastu naukowców z całego świata z prośbą o komentarz i sprostowanie ewentualnych błędów, a Doudna była jedyną, która mu odmówiła. Wyszło na jaw, że na miesiąc przed drukiem artykułu Lander rzeczywiście kontaktował się mailowo z Doudną, wysyłając jej fragmenty tekstu do oceny. Na dodatek zarówno Floor, jak i Eisen, którzy najostrzej krytykowali Landera na Twitterze, okazali się pracownikami Uniwersytetu Kalifornijskiego. Ten drugi wkrótce otwarcie przyznał, że w jego przypadku występuje konflikt interesów – również w kwestiach patentowych dotyczących CRISPR. Krótko mówiąc, mało elegancka kotłowanina.

Jennifer Doudna (wspólnie z Samuelem Starnbergiem) wydała w czerwcu 2017 roku wspomnianą już książkę A Crack in Creation. Gene Editing and the Unthinkable Power to Control Evolution. W recenzji opublikowanej w tym samym miesiącu w czasopiśmie „Nature” Nathaniel Comfort pisze z żalem, że wszelkie nasuwające się „fanom CRISPR” istotne pytania etyczne i techniczne Doudna zbywa milczeniem, natomiast do znudzenia prezentuje wyidealizowany obraz „dobrego naukowca” niestrudzenie prącego ku odkryciu nowej, ekscytującej metody. Przeciągającą się batalię patentową Doudna określa niewinnie jako „zniechęcający epizod”. Comfort stwierdza ostatecznie, że w książce tej otrzymujemy „kontrnarrację, która jest równie starannie skonstruowana, co artykuł Landera”, a „zasadniczym celem A Crack in Creation jest ewidentnie wykazanie, że to Doudna jest prawdziwą bohaterką CRISPR”. Co ciekawe, zdaniem recenzenta narracja ta jest ostatecznie przekonująca, zaś „komitet noblowski powinien koniecznie przeczytać tę książkę”. Czyżby czasopismo „Nature”, w opozycji do „Cell”, stanęło po stronie Doudny? Pojawia się jednak pytanie, dlaczego właściwie czasopisma naukowe miałyby zajmować stanowisko w tego typu kwestiach personalnych.

rysunek Paweł Palikot

Wróćmy do metody CRISPR/Cas. Jak pamiętamy, pierwszym mikrobiologiem, który ujrzał charakterystyczne wielokrotne powtórzenia w genomie bakteryjnym, był Hiszpan Francisco Mojica (którego Doudna w swojej liczącej 307 stron książce wspomina tylko raz). W opublikowanym w 2016 roku przeglądowym artykule naukowym o historii metody CRISPR/Cas Mojica zaprezentował historyczne, niepublikowane wcześniej klisze (właściwie: autoradiografy) z sierpnia 1992 roku, które zawierają – jak głosi artykuł – pierwsze udokumentowane zdjęcia słynnych dzisiaj powtórzeń palindromicznych. Owe niewyraźne autoradiografy przywodzą na myśl pierwsze zdjęcie rentgenowskie ciała ludzkiego (jak to przedstawiające dłoń żony Wilhelma Roentgena, Anny) albo pionierską fotografię wykonaną z przestrzeni kosmicznej (silnie rozmazane zdjęcie z 24 października 1946 roku, wykonane z wysokości stu pięciu kilometrów z amerykańskiej rakiety V-2). Cóż, na naszych oczach rodzi się nowa gałąź biotechnologii i nic dziwnego, że zaczyna obrastać własnymi mitami o stworzeniu.

Problem polega na tym, że gdy tylko stało się jasne, że CRISPR/Cas stanie się przełomem, do mediów zaczęli się zgłaszać kolejni naukowcy, którzy rozpoznali CRISPR jeszcze przed Mojicą. Przykładowo już w 1987 roku japoński mikrobiolog Yoshizumi Ishino, kiedy usiłował sklonować gen o nazwie iap, przypadkowo skopiował przyległy do niego segment z wielokrotnymi powtórzeniami CRISPR. Na 5432 stronie „Journal of Bacteriology” rzeczywiście znajduje się opis „niezwykłej struktury” składającej się z pięciokrotnie powtórzonej sekwencji dwudziestu dziewięciu nukleotydów, pomiędzy którymi znajdują się „przerywniki” (określone już przez Ishino mianem spacing) o długości trzydziestu dwóch nukleotydów. Czy zatem nie on powinien rościć prawo do miana odkrywcy CRISPR?

Sam Mojica również włączył się w proces konstruowania odpowiedniej narracji. W rozmowie z czasopismem „El•lipse” i serwisem RedCedarNews chętnie zagłębia się w okoliczności odkrycia CRISRP/Cas. W rozmowie z dziennikarką opisuje scenę, w której podekscytowany wpada do domu, a żona mówi, że „po wyrazie [jego] twarzy poznaje, że to coś ważnego”. Mojica miał jej wówczas odpowiedzieć, że ktoś kiedyś dostanie za to Nobla. Opowiadając o owym upalnym sierpniowym dniu w Alicante, podkreślił też, że zrozumienie prawdziwego znaczenia odkrytych przez jego grupę badawczą sekwencji spłynęło na niego, gdy wpatrywał się w uzyskane wyniki, siedząc, jak podkreśla, sam w pustym laboratorium. Choć Ishino niewątpliwie zasłużył sobie na wzmiankę jako pionier nowej metody, nie jest zwykle rozważany jako kandydat do tej nagrody. Mojica już bywa w tym kontekście wspominany, a w ostatnich latach otrzymał szereg prestiżowych nagród naukowych, m.in. BBVA Frontiers of Knowledge Award (wspólnie z Charpentier i Doudną) albo Albany Medical Center Prize (wspólnie z Charpentier, Doudną i Zhangiem). W ostatnich latach wszyscy główni bohaterowie tego artykułu wielokrotnie spotykali się na rozświetlonych scenach, nie da się jednak ukryć, że Albany Medical Center Prize nie brzmi tak dobrze, jak Nagroda Nobla.

rysunek Paweł Palikot

Bitwa o prawa patentowe jest zatem częścią większej wojny. O ile jednak do pewnego stopnia wypada obnosić się w mediach ze sporami patentowymi, o tyle nie do końca elegancko jest głosić, że jest się ojcem – bądź matką – rewolucyjnej procedury biotechnologicznej. Stąd dyskretne, choć konsekwentne lansowanie preferowanej wizji historii, z nadzieją, że narracja ta zostanie podchwycona przez media i znajdzie później odzwierciedlenie w decyzjach szwedzkiego komitetu.

Błogosławieństwem, ale jednocześnie przekleństwem współczesnej nauki jest to, że staje się działaniem zbiorowym. Bez względu na to, jak wąską byśmy wybrali dziedzinę nauki, możemy być pewni, że istnieje rzesza badaczy poświęcających dni i noce na jej zgłębianie. Z punktu widzenia historyka nauki, a komitetu noblowskiego w szczególności, dochodzenie tego, kto naprawdę dokonał danego odkrycia, staje się koszmarem. To coś znacznie gorszego niż spór Leibniza i Newtona o odkrycie rachunku różniczkowego. Dość powiedzieć, że przyznana w 2013 roku Nagroda Nobla z fizyki za odkrycie bozonu Higgsa trafiła do dwóch fizyków: Petera Higgsa i François Englerta, przy czym ten pierwszy upierał się, że jego praca nad opisem teoretycznym tej cząstki wcale nie przewyższała wysiłku wielu innych badaczy, a ją samą powinno się określać nie jako „bozon Higgsa”, lecz – cytuję – „bozon Englerta-Brouta-Higgsa-Guralnika-Hagena-Kibble’a”. Opublikowany dwa lata później w „Nature” artykuł na temat tej cząstki pobił nieoficjalny rekord: podpisały się pod nim 5154 osoby. Artykuł zajmuje trzydzieści trzy strony, z czego dwadzieścia cztery przypada na listę autorów. Nic nie ilustruje chyba lepiej kolektywnego charakteru współczesnej nauki.

Emmanuelle Charpentier określiła możliwości dostępne dzięki CRISPR/Cas jako mind-blowing – zadziwiające. Bruce Conklin, genetyk z Gladstone Institutes w Kalifornii, który od 2012 roku pracuje nad zastosowaniem nowej metody biotechnologicznej w leczeniu chorób serca, wyznaje, że „CRISPR przewrócił wszystko do góry nogami”. Czasopismo „Science”, które uznało odkrycie za największy przełom naukowy roku 2015, w swoim komentarzu napisało: „Czy wyjdzie nam to na dobre, czy złe, wszyscy żyjemy dziś w świecie CRISPR”.