in ,

რა არის CRISPR და რა პოტენციალი აქვს მას კორონავირუსის მკურნალობის კუთხით

რა მოხდება, თუ მანამდე, სანამ ჩვენი შვილები გაჩნდებიან, შევძლებთ ვიცოდეთ, რა გენეტიკური დაავადებები ელით მათ. ვიცოდეთ, რამდენად დიდია იმის შანსი, რომ ბავშვობისას, ან ზრდასრულ ასაკში ლეიკემია, გულის მანკი, სიმსივნე ან სხვა სიცოცხლისთვის საშიში დაავადება განუვითარდეთ და ემბრიონულ ფაზაშივე შევძლოთ მათთვის ამ საფრთხის არიდება… გენური ინჟინერიის მიმართულებით მოღვაწე მეცნიერები ამბობენ, რომ ეს აუცილებლად მოხდება. ის, რაზეც ზემოთ ვისაუბრე რეალურია – ჩვენ შევძლებთ თავიდან ავარიდოთ შვილებს სასიკვდილო დაავადებები, ამ მეთოდის მასობრივად გამოყენების შემთხვევაში კი, მნიშვნელოვნად შემცირდება ბავშვთა სიკვდილიანობა.

თუმცა, გენური ინჟინერია ჯერ კიდევ უკანონოა და მეცნიერები, სხვადასხვა სფეროს სპეციალისტებთან ერთად, ცდილობენ შეიმუშავონ ჩარჩო, რომლითაც დაწესდება ზღვარი – როდის უნდა გამოიყენონ გენომის კორექტირების მეთოდი და როდის შეიძლება ჩავთვალოთ, რომ ის ეთიკურობის ჩარჩოს სცდება. მეცნიერთა ნაწილი ამბობს, რომ ეს მხოლოდ სიცოცხლისთვის საშიში დაავადებების პრევენციის მიზნით უნდა მოხდეს, ნაწილი არ ეთანხმება ამ მოსაზრებას და საუბრობს გენმოდიფიცირებული თაობების – სუპერადამიანების შექმნის შესაძლებლობაზე. გენური ინჟინერიის შესაძლებლობები ძალიან დიდია და მისი დახმარებით რეალურია არამხოლოდ ემბრიონის შემდგომი სიცოცხლისთვის საშიში დაავადებების მოცილება, არამედ ნებისმიერი რამის – თვალის, თმისა თუ კანის ფერის, ისევე, როგორც ინტელექტუალური შესაძლებლობების კორექტირება. აქედან გამომდინარე, ეს მეთოდი ჯერ კიდევ უკანონოა და მისი რეგულირების გზები ჯერ კიდევ არაა ნაპოვნი.

რაც შეეხება იმას, თუ როგორაა გენების ჩანაცვლება შესაძლებელი, ამას ქვემოთ უფრო ვრცლად მოვყვები. თუმცა, უნდა დავიწყო იმით, რომ ეს შესაძლებლობა CRISPR-ის (კლასტერული რეგულალური მოკლე პალინდრომული განმეორებები) აღმოჩენისა და კვლევის შემდეგ გაჩნდა. CRISPR-ზე დაფუძნებული გენური ინჟინერიის პოტენციალზე, მოლეკულურ ბიოლოგიაში სულ უფრო მეტი მეცნიერი საუბრობს. ამ საკითხებზე, ჯერ კიდევ 2019 წლის ოქტომბერში, მსოფლიო ტექნოლოგიურ კონგრესზე მისულები, გენომიკისა და გეოპოლიტიკის ამერიკელ ექსპერტს – ჯეიმი მეტცლს ვესაუბრებოდით. აქვე შეგიძლიათ ნახოთ მოკლე ვიდეოც.

გარდა იმისა, რაზეც ზემოთ ვისაუბრე, ანუ ემბრიონულ ფაზაში გენომების ცვლილების შესაძლებლობის გარდა, როგორც ჩანს, CRISPR-ზე დაფუძნებული სისტემების როლი, ზრდასრულ ასაკშიც, სხვადასხვა დაავადების, ან ვირუსის მკურნალობის კუთხითაც იკვეთება. ამ საკითხზე მეცნიერები საკმაო ხანია საუბრობენ, ახლა კი ეს ტექნოლოგია კორონავირუსთან დაკავშირებითაც იცდება.

CRISPR და კორონავირუსი

გენომების კორექტირების გზით, Crispr, ძირითადად, გენეტიკური დაავადებების თავიდან არიდებაზე იყო ორიენტირებული. ბოლო წლებში, დაიწყო კვლევა მისი დახმარებით სხვადასხვა დაავადებასთან ბრძოლის კუთხითაც.  სტენფორდის უნივერსიტეტში ჩატარებული კვლევის შედეგები კი მის პოტენციალს ვირუსებთან გამკლავების მხრივაც გვაჩვენებს.

უფრო კონკრეტულად, აშშ-ში, სააგენტო Darpa-მ 2018 წელს დაიწყო ოთხწლიანი პროგრამა სახელად Prepare. მის მიხედვით, ინფლუენცასთან, ანუ გრიპის ერთ-ერთ საშიშ სახეობასთან საბრძოლველად ახალი გენეტიკური მექანიზმები უნდა შემუშავებულიყო. გრანტი ერგო სტენფორდში მდებარე ლაბორატორიასაც, რომელმაც ინფლუენცასთან ბრძოლისთვის გამოსადეგი Crispr-ზე დაფუძნებული ტექნოლოგიის გამოცდა 2019 წლის გაზაფხულზე დაიწყო, მათი სამუშაო მიმართულება 2020 წლის იანვრიდან შეიცვალა, როცა კორონავირუსის გავრცელების საფრთხე რეალური გახდა.

2020 წლის 19 თებერვალს, სტენფორდის უნივერსიტეტის ბიოინჟინერიის დეპარტამენტის PhD კანდიდატმა – ტიმ ებოტმა ექსპერიმენტის შედეგები შეამოწმა. კვლევა CRISPR ტექნოლოგიის გამოყენებით, კორონავირუსთან ბრძოლის შესაძლებლობის გარკვევას ისახავდა მიზნად. ებოტმა გამოიყენა მიდგომა – PAC-MAN (პროფილაქტიკური ანტივირუსული Crispr ადამიანის უჯრედებში).

COVID-19-თან გამკლავება პრობლემა იყო, რადგან, როგორც მეცნიერები ამბობენ, მისი ვირიონი/ნაწილაკი მოიცავს 30 000 ნუკლეოდიტს (მოლეკულათა ერთობლიობას), Crispr ტექნოლოგიისთვის შექმნილ რნმ-ს კი, რომელიც ვირუსის ნაწილაკს უნდა შეებრძოლოს, მხოლოდ 22 ნუკლეოდიტის განადგურება (ამოჭრა) შეუძლია. ბევრი ექსპერიმენტი და ბიოინფორმატიკული გამოთვლა გახდა საჭირო იმისათვის, რომ ზუსტად განესაზღვრათ, თუ რომელ ნაწილში უნდა დასხმოდნენ თავს ვირუსის ნაწილაკს. ამ გზით, თავდასხმისთვის ორი მიზანი განსაზღვრეს – ერთი მხრივ, უნდა მომხდარიყო ადამიანის უჯრედებში ვირუსის გენომების კონცენტრაციის შემცირება, მეორე მხრივ ხელი უნდა შეეშალათ ვირუსის მხრიდან, პროტეინების გამოყოფისთვის, რაც ვირუსს გამრავლების/ასლების წარმოების უნარს სძენს.

მოკლედ რომ ვთქვათ, ექსპერიმენტის იდეა მოიცავდა კორონავირუსისკენ „დაპროგრამებული“ რნმ-ის მომართვას და თავდასხმას ვირუსის იმ გენეტიკურ ნაწილზე, რომელიც მას ადამიანის უჯრედებში შეღწევასა და ამ უჯრედების რეპლიკაციისთვის გამოყენებას უზრუნველყოფს.

ამ კონკრეტულ ექსპერიმენტში, სტენფორდის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა Crispr-ზე დაფუძნებული სისტემა SARS-Cov 2-ის (ახალი კორონავირუსის) პოვნასა და განადგურებაზე მომართეს. სხვა Crispr სისტემების მსგავსად, აღნიშნულიც ორი ნაწილისგან შედგებოდა – ფერმენტისა და რნმ-ის ჯაჭვისგან. რნმ-ის ჯაჭვისგან მართული ფერმენტი უნდა გადასულიყო ერთგვარ შეტევაზე, კორონავირუსის გენომის მიმართულებით. შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ, რომ ეს არის პროგრამირებული მაკრატელი, რომელსაც დაევალა ფურცლიდან მხოლოდ იმ ადგილების ამოჭრა, რომლებსაც SARS-Cov-2-ის თვითრეპლიკაციაზე პასუხისმგებელი ნაწილი აწერია.

შედეგებმა აჩვენა, რომ კორონავირუსის განადგურებისკენ მომართულმა CRISPR-მა 90%-ით შეძლო მიზნის მიღწევა და შესაბამისად, მეცნიერებმა ივარაუდეს (თეორიულად) რომ ამ გზით ადამიანში კორონავირუსის შეჩერება შესაძლებელი იყო. ეს ნაშრომი უკვე გამოქვეყნებულია და ფაქტობრივად, ის შეიძლება იქცეს ერთ-ერთ საწყის წერტილად, საიდანაც Crispr-ის ტექნოლოგიაზე დაფუძნებული მიდგომების სახით, მომაკვდინებელ ვირუსებთან ბრძოლის ახალი იარაღი გვექნება.

რა თქმა უნდა, ჯერჯერობით ეს ნაშრომი მხოლოდ დასაწყისია და როგორც მისი ავტორებიც აღნიშნავენ, ეს არ არის აპრობირებული მკურნალობის მეთოდი. ეს უფრო კონცეპტია და არა ახალი სამედიცინო მიდგომა, რომელიც მზადაა ცხოველებსა და ადამიანებზე გამოიცადოს. მეთოდთან დაკავშირებით ჯერ კიდევ ბევრი კითხვა არსებობს, მათ შორის, რამდენად შეუძლია მას გაუმკლავდეს არა ლაბორატორიაში შექმნილ ინერტულ კორონავირუსს, არამედ იმას, რომელიც აქტიურია და პაციენტებში გვხვდება. გარდა ამისა, ჯერ კიდევ შეუმუშავებელია სისტემა, რომლის დახმარებითაც CRISPR ადამიანის ორგანიზმში უნდა მოხვდეს. ერთი წინადადებით რომ ვთქვათ, ტექნოლოგიას, სანამ ის ნამდვილად შეძლებს მომაკვდინებელი ვირუსებისგან განკურნების პრაქტიკულ მეთოდად იქცეს, დიდი გზა აქვს გასავლელი. თუმცა, აღსანიშნავია ისიც, რომ კრისპერ ტექნოლოგია ეფექტური შეიძლება იყოს კორონავირუსის წინააღმდეგ, რადგან COVID-19 რნმ ვირუსია (და არა დნმ), შესაბამისად, მას არ გააჩნია დნმ ცვლილებების ჩასწორების მექანიზმი. რაც ნიშნავს, რომ კრისპერის მიერ მიყენებული ზიანის აღმოფხვრას მისი ნაწილაკი ვერ შეძლებს.

უფრო კონკრეტულად, მანამდე, სანამ სტენფორდის უნივერსიტეტის ბიოინჟინრების მიერ შექმნილი PAC-Man მიდგომა ვირუსთან ბრძოლას შეძლებს, მათ უნდა დაამტკიცონ, რომ ის ნამდვილად იმუშავებს ადამიანის ორგანიზმში მოხვედრილი კორონავირუსის დასამარცხებლად. ერთ-ერთი მთავარი პრობლემა ისაა, რომ ექსპერიმენტის ფარგლებში, სისტემა გაუმკლავდა ლაბორატორიულ პირობებში შექმნილ კორონავირუსის უჯრედს და არა რეალურ სამყაროში – ანუ ადამიანის ორგანიზმში არსებულს. იმის გათვალისწინებით, რომ მათ რეალურ ვირუსზე ხელი არ მიუწვდებოდათ და არც ჰქონდათ ამის უფლება, შექმნეს ე.წ. სინთეზირებული, არარეპლიცირებადი ვერსია, რომელიც რეალური კორონავირუსის გენეტიკურ მახასიათებლებს ზუსტად იმეორებდა. თუმცა, ტიმ ებოტი ამბობს, რომ ექსპერიმენტმა ანახა, რომ კორონავირუსის უჯრედის სამიზნე რეგიონების მონიშვნა და განადგურება შესაძლებელია და თანაც, 90%-ით გაანადგურა სამიზნეები. შესაბამისად, ეს შედეგები ძალიან მნიშვნელოვანია. ფილიპ სანტანჯელო კი, რომელიც ჯორჯიის ტექნოლოგიურ უნივერსიტეტში CRISPR-ის მიმართულებით ატარებს ცდებს, ამბობს, რომ ვირუსი ძალიან სწრაფად ვრცელდება ორგანიზმში, შესაბამისად, რომ ვთქვათ, რამდენად ეფექტურია CRISPR მის წინააღმდეგ, მას რეპლიკაციის/გამრავლების ფუნქცია უნდა ჰქონდეს.

ამ უკანასკნელი მოსაზრების პასუხად სტენფორდის უნივერსიტეტის მეცნიერების მიერ გამოქვეყნებულ ნაშრომის სათაური – “Development of CRISPR as a prophylactic strategy to combat novel coronavirus and influenza“ შეიძლება გამოდგეს. აქ ვხედავთ CRISPR-ის, როგორც ერთგვარი პროფილაქტიკური სტრატეგიის განხილვას, რაც ნიშნავს, რომ ის ჯერ კიდევ არაინფიცირებული ადამიანების დაცვის კუთხით განიხილება. იმ შემთხვევაში, თუ ვიტყვით, რომ კორონავირუსი სწრაფად ვრცელდება ორგანიზმში და შესაძლოა CRISPR-მა მასთან გამკლავება ვერ მოასწროს, მეთოდის პროფილაქტიკური ხასიათი სხვა რამეზე მიგვითითებს – ეს ბოლომდე დახვეწილი არაა, თუმცა, შესაძლოა, CRISPR ვირუსს ორგანიზმში დახვდეს და მოხვედრის მომენტიდან დაიწყოს მასთან ბრძოლა.

სტენფორდის უნივერსიტეტის მეცნიერთა კვლევის მეორე ძირითადი პრობლემა ისაა, რომ ჯერჯერობით, არ არის შემუშავებული სისტემა, რომლის დახმარებითაც Crispr-ზე დაფუძნებული სამკურნალო საშუალება ადამიანის ორგანიზმში მოხვდება. (ეს ერთ-ერთი მიზეზია, რის გამოც ნაშრომი ნაჩქარევად გამოქვეყნდა. მეცნიერები სხვა სპეციალისტების იდეების გასათვალისწინებლად, ანუ თანამშრომლობისთვის მზაობას გამოხატავენ). აღმოჩნდა, რომ ემბრიონში დნმ-ის კორექტირებისას ყველაფერი გაცილებით მარტივია, ვიდრე ადამიანის ორგანიზმში არსებულ ვირუსთან CRISPR-ით გამკლავება. ისიც უნდა აღინიშნოს, რომ ფილტვში, სადაც კორონავირუსის გავრცელების ეპიცენტრია, ხშირად გვხვდება ლორწო და ამან შეიძლება ხელი შეუშალოს მკურნალობის პროცესს.

კორონავირუსის საწინააღმდეგო CRISPR-ის ადამიანის ორგანიზმში მოხვედრის შესაძლო გზა ჯორჯიას ტექნიკურ უნივერსიტეტში ასე წარმოუდგენიათ – ეს შეიძლება მოხდეს ერთგვარი ნებულაიზერის, ინჰალაციისთვის განკუთვნილი მოწყობილობის დახმარებით, რომლიდანაც პაციენტებმა უნდა ისუნთქონ CRISPR-ზე დაფუძნებული მკურნალობის მიმდინარეობისას. აღსანიშნავია, რომ ჯორჯიას ტექნიკურ უნივერსიტეტში ამ მეთოდს თაგვებზე უკვე ცდიან.

CRISPR-ზე დაფუძნებული მეთოდის მოკლე ისტორია

შეიძლება გაგიკვირდეთ, თუმცა, ყველაფერი იოგურტით დაიწყო. მის შესაქმნელად მწარმოებლები დიდი ხანია იყენებენ Streptococcus thermophilus-ს. ეს არის ბაქტერია, რომელიც რძის პროდუქტებს ლაქტოზასა (შაქარს) და ლაქტურ მჟავას აცლის. 2005 წელს, მიკრობიოლოგმა რუდოლფ ბარანგოუმ აღმოაჩინა, რომ აღნიშნული ბაქტერია შეიცავდა დნმ-ის გამეორებად თანმიმდევრობებს – Crispr-ს. ეს თანმიმდევრობები აძლევდა ბაქტერიას იმის საშუალებას, რომ ვირუსებისგან დაცული ყოფილიყო, აღნიშნული უნარით კი ეხმარებოდა რძის პროდუქტს მალფუჭებადობის დაძლევაში. ბარანგოუს შემდეგ, მსოფლიოს მასშტაბით არაერთმა მეცნიერმა დაიწყო ბაქტერიების გენომების შესწავლა და მათ Crispr ბევრგან იპოვეს – ბაქტერიების ნახევარზე მეტს სწორედ ასეთი, გამეორებადი თანმიმდევრობის მქონე გენომები აქვთ.

2012 წელს, ამერიკელმა ბიოქიმიკოსმა ჯენიფერ დუდნამ და ფრანგმა მიკრობიოლოგმა ემანუელ შარპენტიემ დნმ მოლეკულაში აღმოაჩინეს მექანიზმი – მოკლე პალინდრომული გამეორებები რეგულარულად განლაგებული ჯგუფებით (CRISPR-Cas9). ნაშრომმა, რომელსაც ჟურნალ Science-ზე, დღესაც შეგიძლიათ გაეცნოთ, საფუძველი ჩაუყარა გენომის რედაქტირების შესაძლებლობას. უფრო კონკრეტულად, მათ აღმოაჩინეს, რომ შესაძლებელია რნმ-ის თანმიმდევრობების იმგვარად შეცვლა, რომ Cas9 ფერმენტები მიმართული იყვნენ დნმ-ის მოლეკულის ზუსტად განსაზღვრული უბნების დასაზიანებლად. მოკლედ რომ ვთქვათ, შესაძლებელი გახდა გენომების კორექტირება.

6 თვის შემდეგ, მოლეკულურმა ბიოლოგმა ფენგ ჯანგმა გამოაქვეყნა ნაშრომი, რომელშიც ნათქვამია, რომ Crispr-Cas9-ის გამოყენებით, ადამიანის უჯრედების კორექტირებაცაა შესაძლებელი. ამ სისტემის გამოყენებით, მეცნიერებს მიეცათ საშუალება დნმ-ის შემადგენლობაზე ზემოქმედების გზით, ცხოველებში გენეტიკური დეფექტების კორექტირება შეძლებოდათ და ასევე, ემბრიონულ ღეროვან უჯრედებში დნმ-ის თანმიმდევრობების მოდიფიცრებაც. ამან კი, თავის მხრივ, გააჩინა ადამიანის გენომების კორექტირების გზა და დიახ, ასევე ამ გზით მივედით ადამიანის დაავადებების მკურნალობის ახალი მეთოდების განვითარების შესაძლებლობასთან… ამ შესაძლებლობასთან ერთად კი გაჩნდა ამ ტექნოლოგიის ადამიანებზე გამოყენებასთან დაკავშირებული ეთიკური დილემები. სწორედ ამიტომ, 2015 წელს, დუდნამ კოლეგებთან ერთად დაიწყო გარკვეული ჩარჩოების შემუშავება, თუ რა შემთხვევაში შეიძლებოდა ადამიანის ჩანასახში გენომის კორექტირება. მიუხედავად ამისა, ჩინელმა მეცნიერებმა უკვე გამოაქვეყნეს ადამიანის გენომის მოდიფიცირების ექსპერიმენტის შედეგები (რის გამოც ჩინელი ექიმი დააპატიმრეს კიდეც).

დღეს, კითხვაზე რა არის CRISPR ასეთი მოკლე პასუხი გვაქვს. CRISPR – ეს არის რევოლუციური მოლეკულური ინსტრუმენტი, რომლის გამოყენებაც მეცნიერებს ნებისმიერი ტიპის გენეტიკური მასალის დასაკორექტირებლად შეუძლიათ. CRISPR-ზე დაფუძნებული სისტემა კი არის პირველი ტექნოლოგია, რომელსაც ჩვენი, როგორც ცალკეული ორგანიზმის ფუნდამენტური ქიმიის შეცვლა შეუძლია. თითქმის ყველა ინდუსტრია ცდილობს მასში თანხის ჩადებას, იქნება ეს ფარმაკოლოგია, სოფლის მეურნეობა, ენერგეტიკა თუ სხვა. თუმცა, უნდა ითქვას, CRISPR, ჯერ კიდევ, განვითარების საწყის ეტაპზეა.

უნდა გვახსოვდეს, რომ CRISPR ჯერ კიდევ ძალიან ახალბედა ტექნოლოგიაა. 2020 წლის თებერვალში, FDA-ს მხრიდან, მისი გამოყენების ნებართვა მხოლოდ სამი სიმსივნით დაავადებული ადამიანის შემთხვევაში გაიცა. ექსპერიმენტის შედეგები ჯერ არ ვიცით. მიუხედავად იმისა, რომ არც ერთ პაციენტში გენეტიკურად მოდიფიცირებული უჯრედების შეყვანას ნეგატიური შედეგი არ უჩვენებია, მეცნიერები მაინც ფრთხილობენ.

ისევე როგორც ნებისმიერმა სხვა ახალმა მკურნალობის მეთოდმა თუ საშუალებამ, ვირუსის საწინააღმდეგოდ გამოყენებადმა Crispr-მაც უნდა გაიაროს ტესტირების პროცესი, როგორც ცხოველებზე, ასევე, ადამიანებზე. ამის შემდეგ კი უფრო რთული რამ ელის წინ – FDA-ის განხილვის პროცესი. დართავს თუ ამერიკის სურსათისა და მედიკამენტების ადმინისტრაცია ნებას სტენფორდის, ან სხვა უნივერსიტეტის მეცნიერებს, CRISPR ვირუსის სამკურნალოდ გამოიყენონ, ჯერ არ ვიცით. თუმცა, ეს ნაშრომი შეიძლება იყოს ძალიან მნიშვნელოვანი ნაბიჯი გენურ ინჟინერიაში, მიკრობიოლოგიასა და ზოგადად, მედიცინაში.

იმ შემთხვევაშიც კი, თუ ეს ტესტირებისა და კლინიკური გამოყენების ნებართვის მიღების ეტაპი იმდენად დიდ ხანს გასტანს, რომ კორონავირუსის მკურნალობის საკითხი აქტუალური აღარ იქნება, შემდგომი ვირუსების შემთხვევაში, ამ სისტემის ამოქმედებას მარტივად შეძლებენ, რადგან ასე ვთქვათ, გზა უკვე გაკვალულია. შემდეგი ვირუსული საშიშროებისას კი მასთან ბრძოლის უფრო მრავალფეროვანი საშუალებები შეიძლება გვქონდეს – მედიკამენტები, ვაქცინები და CRISPR.


ავტორი: ხატია თორდუა
გამოყენებული წყაროები: WIRED, WIRED, Biorxiv.

არ მიუახლოვდე! – გაეროს პრინტ კამპანია

Redberry-სა და GITA-ს „ონლაინ“ ჰაკათონის გამარჯვებული ცნობილია!