Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vysoce užitečné vědecké objevy jsou absurdně často – vlastně skoro vždy – doprovázeny bouřlivými diskusemi o tom, kdo si za ně zaslouží uznání. Nikde jinde to neplatí tolik jako u CRISPR, genetického nástroje, který spatřil světlo světa v roce 2012 a slibuje úžasné výsledky v zemědělství i medicíně. Diskusi v tomto případě vyostřuje fakt, že technologie proti sobě staví dvě významné americké univerzity. Na jedné straně stojí Kalifornská univerzita v Berkeley, kde působila Jennifer Doudnaová spolupracující s francouzskou profesorkou Emmanuelle Charpentierovou, která se nedávno přesunula z Vídně do švédského Umeå, a jejím studentem Martin Jinkem. Na druhé straně je MIT v Massachusetts, kde pracovali Feng Zhang a jeho kolegové Le Cong a Fei Ann Ran. Průlomu dosáhly obě skupiny přibližně ve stejné době. Zpočátku vyhrávala skupina Doudnaové, ale v divoké bitvě o patent nakonec u soudu zvítězil Zhangův tým.
Přesto si zřejmě ani jedna z těchto obrovských amerických univerzit s jejich ohromnými rozpočty a luxusními laboratořemi nezaslouží tolik uznání, kolik se domnívá. Uznání by se mělo dostat dvojici téměř neznámých mikrobiologů, kteří zkoumali praktické, leč staromódní otázky týkající se bakterií. Jeden se v univerzitní laboratoři potýkal s problémem z oblasti solného průmyslu, druhý pracoval ve společnosti na zpracovávání potravin. Cesta od objevu biochemické zvláštnosti k vynálezu technologie byla jako obvykle dlouhá a klikatá. A v tomto případě nevedla z akademického prostředí k průmyslu, nýbrž přinejmenším zčásti obráceně.
Nedaleko španělského města Alicante se nachází velké růžové jezero, poseté ještě růžovějšími plameňáky. Jmenuje se Torrevieja a má rozlohu 1 400 hektarů. Leží pod úrovní hladiny moře a tři sta let se využívalo k těžbě soli. V červnu se do něj nechá proudit mořská voda, jež se během léta odpaří, a na dně vykrystalizuje sůl, která se pomocí speciálních strojů posbírá, vyčistí a prodá: 700 000 tun ročně. Růžové zbarvení mají na svědomí halofilní (slanomilní) mikrobi patřící mezi bakterie i archea, které sežerou růžové žábronožky, a na těch si zase pochutnají růžoví plameňáci.
Není divu, že katedra mikrobiologie místní univerzity využila tento zdroj ke studiu halofilních růžových mikrobů. Jeden z nich, Haloferax mediterranei, jenž patří mezi archea, byl poprvé popsán právě v Alicante. Takový slanomilný druh by mohl mít biotechnologické využití, zejména na zasolených místech. Francisco Mojica, který se narodil nedaleko, zde v roce 1993 získal doktorský titul za studium genů tohoto tvora. A všiml si přitom něčeho poměrně zvláštního. V části genomu mikroba byla ukrytá specifická sekvence stejných třiceti písmen, která se opakovala znovu a znovu, přičemž každá repetice byla oddělena sekvencí pokaždé jiných 35 až 39 písmen. Opakující se sekvence měly často podobu palindromu: od začátku i od konce se četly stejně. Mojica se podíval na jiného příbuzného halofilního mikroba a objevil zhruba tentýž vzor, ačkoli s odlišnou sekvencí. Později ho našel u dvaceti různých mikrobů spadajících mezi bakterie i archea. Téhož vzoru si u jisté bakterie už v 80. letech všiml jeden japonský vědec, ale podrobněji se jím nezabýval.
Následujících deset let strávil Mojica snahou pochopit, proč tam ten vzor je. Většina jeho hypotéz se ukázala jako chybná. Nizozemský vědec Ruud Jansen si všiml, že poblíž onoho podivného textu se pokaždé nacházejí určité geny známé jako Cas geny. Jansen pro tento vzor zavedl označení CRISPR, což je zkratka pro „clustered regularly interspaced palindromic repeats“ neboli „nahromaděné pravidelně rozmístěné krátké palindromické repetice“.
Poté Mojicu jednoho dne v roce 2003 potkala šťastná náhoda. Vzal jednu z nerepetitivních sekvencí oddělujících palindromy (takzvaný „mezerník“ či „spacer“), která pocházela ze střevní bakterie, a vložil ji do databáze genových sekvencí, aby se podíval, čemu odpovídá. Heuréka. Ukázalo se, že odpovídá genu jistého viru, konkrétně bakteriofágních virů, jimž se zkráceně říká fágové. Fágové, kteří tvarem občas připomínají miniaturní přistávací modul z misí Apollo, vpravují svou DNA do bakterií, zmocní se jejich buněčného aparátu a začnou vyrábět nové fágy. Mojica se zaměřil na další mezerníkové sekvence a zjistil, že mnohé z nich pocházejí z virů, jež infikují bakterie. Domníval se, že se dívá na mikrobiální imunitní systém, v němž si mikrobi evidují geny virových chorob, aby je rozpoznali a zničili. Tuto práci mají na starosti Cas geny.
Publikovat výsledky zabralo Mojicovi víc než rok, zejména proto, že prestižní časopisy ohrnovaly nos nad představou, že by tak významný objev vzešel od bezvýznamného vědce ze zapadákova jako Alicante. Jeden průmyslový mikrobiolog už mezitím na druhé straně Pyrenejí, ve Francii, podnikal další krok. Philippe Horvath pracoval ve firmě Rhodia, jež se zanedlouho stala součástí společnosti Danisco a poté společnosti DuPont. Jogurt a sýr vznikají fermentací mléka: jejich výroba závisí na tom, že bakterie zkonzumují mléko a přemění ho na bakteriální těla, která poté sníme. Mikroskopickou domestikovanou dojnou krávou mléčného průmyslu je neškodné stvoření jménem Streptococcus thermophilus. Průměrný člověk zkonzumuje asi tisíc miliard miliard S. thermophilus ročně. Velké společnosti vyrábějící jogurty proto vynakládají velké prostředky na bakteriologický výzkum, aby lépe porozuměly stádům svých domestikovaných mikrobů. Obzvláště je zajímá, co se stane, když bakterie onemocní. Stejně jako zemědělci produkující mléko chtějí ochránit své krávy před mastitidou, musí výrobci jogurtů zajistit, aby se jejich streptokokové nenakazili fágy. Horvath a Rodolphe Barrangou, jeho spolupracovník z Danisco, věděli, že některé bakteriální kultury jsou vůči fágovým epidemiím odolnější než jiné: pochopit, proč to tak je, by mohlo být průmyslu ku prospěchu.
Když se Horvath na konferenci doslechl o CRISPR, začal tušit, že právě tady by se mohla nalézat odpověď. Brzy ukázal, že bakterie s nejvíce mezerníky často patří k rezistentním kmenům a že bakterie, jejichž mezerníky jsou odvozené od konkrétní fágové DNA, bývají vůči tomu konkrétními fágu odolné. To byl důkaz, že Mojica má pravdu. Úkolem CRISPR je s pomocí Cas rozpoznat konkrétní sekvenci a vystřihnout ji, což virus ochromí.
Dalším krokem, nebo spíš logickým skokem byla úvaha, že bychom si „my lidé mohli CRISPR vypůjčit k vlastním záměrům“. Nahraďme mezerníky genem, který chceme odstranit, případně jej zkombinujme s novou sekvencí, již chceme vložit, a upravme mikrobiální systém do podoby úžasně přesného nástroje genetického inženýrství. Místo abychom tak jako ve 20. letech čekali, až příroda vytvoří lepší geny, či jako v 60. letech náhodně mutovali geny pomocí paprsků gama nebo jako v 90. letech vnášeli do genomu specifické nové geny v naději, že se dostanou někam, kde budou k užitku, jsme nyní mohli pomocí systému CRISPR-Cas9 skutečně editovat genomy rostlin i živočichů: tady změnit jedno písmeno nebo tamhle jednu větu. Zrodila se editace genů.
V roce 2017 vědci z Roslinského ústavu, který se nachází nedaleko Edinburghu, oznámili, že upravili prasečí geny tak, aby byla zvířata chráněna před virem reprodukčního a respiratorního syndromu prasat (PRRS). Z genu vyrábějícího bílkovinu, která viru poskytovala přístup do prasečích buněk, pomocí CRISPR odstranili krátkou sekvenci, čímž mu ve vniknutí zabránili. Navíc to udělali, aniž by změnili funkci bílkoviny, takže se zvířata vyvíjela zcela normálně, pouze byla odolná vůči nemoci. V roce 2018 použili vědci z Minnesotské univerzity a genetické společnosti Calyxt jinou techniku genové editace, označovanou jako TALEN, a vytvořili pšenici rezistentní vůči padlí travnímu, takže pšenice nepotřebovala tolik fungicidů. Ve stejném roce využil argentinští vědci CRISPR k vystřižení kousku genu pro polyfenoloxidázu u brambor, čímž bramborám zabránili po nakrojení hnědnout. V polovině roku 2019 probíhalo v Číně přes 500 projektů zaměřených na úpravu genů, v Americe skoro 400 a v Japonsku 100. (Většina souvisí se zemědělstvím, ale genová editace bude mít samozřejmě uplatnění i v medicíně.)
A Evropa? Většina světa se rychle shodla, že rostliny s upravenými geny by neměly být vystaveny tak neuvěřitelně nákladným a zdržujícím regulacím jako GM plodiny, ale mělo by se s nimi zacházet spíše jako s konvenčně vyšlechtěnými odrůdami. Vědci z celé Evropy doufali a modlili se, aby ke stejnému závěru dospěly i zdejší úřady. Evropská komise čekala dva roky na vyjádření Evropského soudního dvora. Jeho oficiální právní poradce se vyjádřil ve prospěch liberalizace, ale soud doporučení pod politickým tlakem v červenci 2018 odmítl a rozhodl, že organismy s upravenými geny musí podléhat stejnými regulacím jako GMO, nikoli mnohem jednodušším pravidlům, jež platí pro plodiny vzniklé (často mnohem riskantnějším) procesem mutageneze, při níž se využívají paprsky gama nebo chemické mutageny.
V roce 2019 tři francouzští vědci vyhodnotili patenty udělené CRISPR produktům a zjistili, že Evropa už nyní dramaticky zaostává. Zatímco v Americe bylo podáno 872 patentových rodin a v Číně 858, v EU to bylo jen 194 a propast se stále zvětšuje. Jejich závěr zní: „Bylo by iluzí myslet si, že zákazy uvalené na GMO nebudou mít v Evropě silně negativní dopad na budoucnost biotechnologií.“
Editace genů se rychle mění. Už se začaly objevovat i metody editace bází či „prime editing“, jež umožňují chemicky nahrazovat DNA báze, aniž by bylo nutné vystřihnout část vlákna DNA, a jsou mnohem přesnější než genová editace. Není pochyb, že v budoucnu bude možné výrazně zlepšit výnosnost, výživovou hodnotu i environmentální dopady potravinových plodin.
Tento text je úryvkem z knihy
Matt Ridley
Jak fungují inovace
A proč se jim nejvíc daří ve svobodné společnosti
Argo a Dokořán, 2022
O knize na stránkách vydavatele
