Kaikki alkoi perustutkimuksesta. Biokemisti Jennifer Doudnaa kiinnosti, miten bakteerit suojautuvat virusten hyökkäyksiltä. Tuloksena oli geenimuokkausmenetelmä, jonka ennustetaan vielä tuovan keksijöilleen Nobel-palkinnon.
Kyse on CRISPR-Cas9-menetelmästä eli niin sanotuista geenisaksista.
Jennifer Doudna kuvaa yhdessä Samuel Sternbergin kanssa kirjoittamassaan kirjassa A Crack in Creation, miten CRISPR-menetelmä keksittiin. Ja miten sen jälkeen, kun Doudna julkaisi mentelmästä yhdessä Emmanuelle Charpentierin kanssa ensimmäisen tieteellisen artikkelin Science-lehdessä vuonna 2012, tiedeyhteisö on tarttunut uuteen mahdollisuuteen innolla. Menetelmän on todettu toimivan lähes kaikissa eliöissä.
CRISPR:n avulla on jo luotu hyttynen, joka ei pysty levittämään malariaa, superlihaksikas koira yhteistyöhön poliisien ja sotilaiden kanssa sekä lehmä, jolle sarvet eivät kasva.
CRISPR-Cas9-menetelmällä geenimuokkaus on aiempaa edullisempaa, nopeampaa, helpompaa ja tarkempaa. Menetelmän sanotaan olevan yksi tämän vuosikymmenen suurimmista tieteellisistä läpimurroista.
Kovia odotuksia
CRISPR-menetelmän avulla voidaan tehdä tarkkoja muutoksia DNA-juosteeseen halutussa genomin kohdassa. Menetelmällä voidaan myös muokata useita geenejä samanaikaisesti.
Lääketieteessä odotukset ovat kovat. CRISPR-menetelmää käytetään geenien toiminnan tutkimisessa ja lääkekehityksessä – ja tulevaisuudessa myös geneettisten sairauksien hoidossa. Doudna arvioi, että CRISPR:n avulla voitaisiin hoitaa tai parantaa ainakin osa niistä yli 10 000 sairaudesta, joiden tiedetään johtuvan mutaatiosta yhdessä geenissä. Lisäksi tutkitaan esimerkiksi, miten CRISPR:n avulla saataisiin ihmisen solut torjumaan virusinfektioita, kuten HIV:tä.
Kiivas kansainvälinen tutkimus vie CRISPR-menetelmää harppauksittain eteenpäin. Uutisia menetelmän uusista sovelluksista tulee viikoittain. Yhdysvalloissa tutkitaan parhaillaan, miten sika saataisiin geenimuokkauksen avulla tuottamaan elimiä, joita voitaisiin siirtää ihmisille.
Vaikka ensimmäinen ihmiskoe alkoikin viime vuonna, CRISPR-menetelmän laajamittainen kliininen käyttö ihmisten hoidossa on yhä vuosien päässä.
Geneettinen epätasa-arvo uhkaa
Doudna kuvaa kirjassaan sitä, miten CRISPR:n käytön helppous ja edullisuus ovat vähitellen alkaneet huolestuttaa häntä. Mahdollisuudet käyttää menetelmää hyvään ovat laajat. Mutta sitä voidaan käyttää myös väärin, Doudna pelkää.
Hän kertoo tajunneensa, ettei kysymys ole siitä, tullaanko menetelmää käyttämään periytyvien muutosten tekemiseen ihmisen alkioon tai sukusoluihin. Kysymys on, koska niin tapahtuu. Ja kun niin tapahtuu, onko sitä ennen ehditty keskustella riittävän laajasti ja syvällisesti seurauksista ja säännöistä. Doudna peräänkuuluttaa kansainvälistä konsensusta. Sen luomiseen ei pelkkä tiedeyhteisö riitä, vaan mukaan keskusteluun on saatava myös päättäjät ja suuri yleisö.
Uhkakuvia on monenlaisia. Kun aiheutetaan periytyviä muutoksia, jälkeläiset menettävät mahdollisuuden valita itse. Niin kauan kuin ei täsmälleen tiedetä, mitä pitkäaikaisvaikutuksia geenimuokkauksella on, voidaan vahingossa aiheuttaa ikäviä seurauksia tuleville sukupolville.
Doudna pohtii myös geneettisen eriarvoisuuden mahdollisuutta. Hän pohtii, mitä seuraisi siitä, jos rikkailla olisi mahdollisuus elää muita pitempi ja terveempi elämä geenimuokkauksen ansiosta – ja tämä geneettinen kuilu sosioekonomisten ryhmien välillä vain syvenisi sukupolvesta toiseen. ›
Mutta, kuten Doudna huomauttaa, monien hankalien sairauksien kohdalla on perusteltua kysyä myös, onko meillä oikeus olla käyttämättä menetelmiä, joilla näistä sairauksista voitaisiin päästä.
Näin CRISPR toimii
CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats): DNA-jaksoja, jotka muodostavat bakteerin RNA-molekyyleihin perustuvan immuunipuolustuksen.
Cas-9: proteiini, joka katkaisee DNA-juosteen tai muuten muokkaa sen toimintaa.
Menetelmän keskeinen osa on opas-RNA, joka ohjaa Cas9-proteiinin sitoutumaan DNA-juosteeseen halutussa genomin kohdassa. DNA:han sitoutunut Cas9 katkaisee juosteen opas-RNA:n määräämässä paikassa.
Jos geenin toimintaa halutaan muuttaa, leikatun osan viereen voidaan asettaa DNA-sekvenssi, jolla poistettu osa korvataan. Jos korvaava sekvenssi on riittävän samankaltainen kuin poistettu, solun korjausmekanismit yhdistävät halutun sekvenssin alkuperäiseen. Cas9-proteiinia voidaan myös muokata niin, että se ei katkaise vaan hiljentää tai aktivoi juuri tietyn, opas-RNA:n avulla ohjatun geenin.
Miten kaikki saataisiin mukaan eettiseen pohdintaan?
Kun käydään eettistä keskustelua niin suurista asioista kuin siitä, miten hallitsemme omaa evoluutiotamme, keskusteluun pitäisi saada kaikki joita asia koskee. Eli kaikki ihmiset.
– Se on kuitenkin hankalaa, kun kaikki ihmiset eivät välttämättä ymmärrä mikä on geeni, pohtii perinnöllisyyslääketieteen erikoislääkäri, LT Tanja Saarela.
Saarelan mukaan geenimuokkaukseen liittyy monia tasavertaisuuteen liittyviä kysymyksiä – vaikka ei edes puhuttaisi perinnöllisistä muutoksista.
– Resurssien jako on niistä yksi. Kuinka paljon ja miten yhteiskunnan resursseja on syytä ohjata geenimuuntelun tutkimiseen ja geenihoitojen kehittämiseen? Toistaiseksi on luvassa hoitoa lähinnä harvinaisiin, monogeenisiin sairauksiin.
Perinnöllisyyslääkärinä Saarela toisaalta iloitsee, että voi tarjota potilailleen tiedon, että heidän sairautensa voidaan ehkä tulevaisuudessa parantaa.
Alkioiden muokkaus ja perinnöllisten muutosten aiheuttaminen tuovat eettisiin pohdintoihin lisäkierroksia. On vain vähän sairauksia, joita voidaan hoitaa vain alkionmuokkauksella. Yleensä sama vaikutus – terve lapsi – saadaan alkiodiagnostiikalla eli valitsemalla käyttöön vain terveitä alkioita.
– Alkioita halutaan käyttää tutkimuksessa ja on jo käytettykin esimerkiksi Kiinassa ja Yhdysvalloissa. Moni kuitenkin pelkää, että jos alkioiden muokkaus sallitaan tutkimuksessa, käyttö leviää ennen pitkää yhä laajemmalle.
Tutkimusmaailmassa mennään parhaillaan kovaa vauhtia eteenpäin CRISPR:n soveltamisessa yhä uusiin kohteisiin. Saarela pelkääkin, että eettisessä keskustelussa ja menetelmän käytön rajaamisessa aletaan olla myöhässä.
– Itse olen huolissani ihmisen genomin muokkausta enemmän siitä, että aiheutamme muita eliöitä muokkaamalla ekokatastrofin.
Jennifer A. Doudna & Samuel H Sternberg: A Crack in Creation. Gene editing and the unthinkable power to control evolution. Houghton Mifflin Harcourt, 2017
Lähteinä käytetty lisäksi Duodecim-lehteä ja Suomen Kuvalehteä. Kiitokset Kirmo Wartiovaaralle kommenteista.
Hertta Vierula
Kuva: Lehtikuva/AFP/Miguel Riopa. Kuvassa Jennifer Doudna ja Emmanuelle Charpentier.
