Španjolski mikrobiolog Francisco Mojica bio je tek doktorand kad je 1993., proučavajući morske mikroorganizme halophilic archae, shvatio da se neke sekvence u njihovoj DNK ponavljaju više od 600 puta zaredom, s praznim prostorom između. Bila je to neobična pojava koju su Mojica i kolege pretvorili u znanstveni rad. Neposredno nakon objave shvatili su da je slično opažanje već zabilježilo i opisalo nekoliko znanstvenih grupa kod potpuno drugačijeg organizma – bakterije E.coli. Mojica je smatrao da su ova ponavljanja izuzetno važna i nastavio ih je proučavati idućih godina.

Trebalo mu je desetljeće da razazna da su razmaci između ponavljanja zapravo sekvence iz različitih virusa koji su inficirali bakteriju te da je bakterija sa specifičnim razmakom imuna na točno određeni virus. U međuvremenu su on i njegova grupa pronašli dokaze o ponavljanju u 20 različitih mikroorganizama. Jednog kolovoza, sjetit će se puno godina poslije u jednom intervjuu, Mujica je konačno shvatio da je otkrio dotad skriveni princip bakterijinog imunološkog sustava, istovremeno spoznavši i koje bi to implikacije moglo imati. Svoj supruzi je, priznaje, tada uzbuđeno izjavio – ovo će jednog dana donijeti Nobelovu nagradu.

Briljantan alat

– Ponavljajuće sekvence mogle bi se opisati kao da bakterija fotografira viruse koji je napadaju i čuva snimke u fotoalbumu, pojasnio je Mujica. »Ako je virus ponovo napadne, a ona ima njegovu fotografiju, onda će biti imuna. Ono što se zapravo događa je da se, kad bakteriju napadne neki virus X, taj specifični razmak između sekvenci u DNK aktivira, veže se u genom virusa X i zove tzv. Cas proteine, koji potom 'režu' genom virusa X na specifičnoj lokaciji gdje se nalazi razmak X«, opisao je princip Mujica pojasnivši da je otkrivši tu sposobnost preciznog 'rezanja' zapravo otkrio briljantni alat za editiranje genoma. No njegov entuzijazam isprva nije bio najbolje prihvaćen u svijetu znanosti – rad u kojem on i kolege iz tima objašnjavaju kakve bi to implikacije moglo imati za biotehnologiju i biologiju odbili su veliki Nature i potom još četiri časopisa.

U grčevitoj utrci s vremenom rad je ipak objavljen početkom 2005., a Mujica je s kolegom Ruudom Jansenom skovao termin CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Neposredno poslije do sličnog je zaključka kao i Mujica neovisno došao i jedan drugi tim. U proučavanje sustava ubrzo se uključio cijeli niz znanstvenih timova diljem svijeta, koji su već godinu poslije kao ključni kariku pomoću koje sustav funkcionira detektirali enzim Cas 9. Bio je to začetak onoga što je danas prepoznato kao revolucija u biotehnologiji - metoda editiranja genoma CRISPR/Cas9, alat koji danas koriste tisuće znanstvenika i koji će, tvrde stručnjaci, dramatično unaprijediti borbu protiv genetskih bolesti.

Revolucija u stotinama laboratorija

Od te 2005. intenzivno proučavanje CRISPR/Cas9 sustava rezultiralo je nizom novih otkrića praktički svake godine, a nakon što je 2013.e sustav prvi puta uspješno primijenjen kao alat za editiranje genoma, revolucija je i službeno otpočela u stotinama laboratorija diljem svijeta. Zadnjih nekoliko godina nezamislivo je vidjeti liste najvećih dostignuća u znanosti bez pojma CRISPR/Cas9.

Editiranje genoma (skupa svih genskih informacija pojedinog organizma sadržanih u DNK) bilo je, jasno, moguće i puno prije pojave CRISPR-a i to s više različitih »alata« koji su se polako usavršavali tijekom vremena. No svi oni bili su nevjerojatno skupi, zahtjevni za primjenu i još uvijek nedovoljno precizni. CRISPR se pak bazira samo na Cas9 enzimu – alatu za rezanje, te RNA molekuli koja vodi Cas9 do točno određene lokacije koju znanstvenici žele izmijeniti. Cas9 potom izrezuje određeni dio, a stanica sama popravlja nastalu prazninu spajajući krajeve ili dodajući novi dio DNK.

Cijeli postupak drastično je jeftiniji i jednostavniji od bilo koje dosadašnje metode, zbog čega je to danas prevladavajuća metoda u laboratorijima. Prošle godine ove »molekularne škare« dodatno su unaprijeđene - kemičar David Liu s Harvarda i njegova grupa razvili su na bazi CRISPR-a još precizniju metodu koja uspijeva ono što dosad nije bilo moguće – popraviti minijaturne genske greške koje nastaju kad je jedna od četiri nukleotidne DNK baze (A, C, T i G) zamijenjena drugom. Liuova grupa stvorila je, naime, umjetni enzim koji može zamijeniti jednu bazu drugom, konkretnije C u T, i G u A. Drugi neovisni tim uspješno je pak prošle godine demonstrirao i zamjenu baze G u A.

Razvoj genske terapije

Na krilima ovih revolucionarnih uspjeha posljednjih je godina osnovano nekoliko kompanija koje se bave razvojem genske terapije bazirane na CRISPR-Cas9 metodi, dakle kliničke terapije pojedinih bolesti koja bi precizno ispravljala njihove uzroke – greške u genomu. U rujnu prošle godine kineski su znanstvenici uspješno iskoristili Liuevu poboljšanu metodu kako bi ispravili mutaciju kod ljudskog embrija (koji se nisu dalje razvijali), što je ponovo izazvalo stanovite etičke kontroverze, no i potvrdilo da će metoda najvjerojatnije biti iskoristiva u liječenju bolesti kod ljudi. Postoji, naime, više od 60,000 genetičkih odstupanja koje su povezane s bolestima, a kod više od polovice njih riječ je upravo o najsitnijim greškama poput zamijenjenih nukleotidnih baza.

Mimo osjetljivijih istraživanja vezanih za ljudski organizam, znanstvenici su posljednjih godina upotrijebili metodu da modificiraju više od tridesetak životinja i biljaka. Bez obzira što rapidni uspon CRISPR sustava izaziva i veliko podozrenje etičara i zabrinute javnosti, nitko u svijetu znanosti danas više ne sumnja da je riječ o revoluciji koja će izmijeniti genetiku, biologiju i posljedično medicinu.