Erfðabreyttar mannverur, hönnunarbörn og endalok öldrunar

Hverjir eru möguleikar mannsins með erfðabætingu? Hvernig breytum við erfðum manna? Hvar stendur tæknin í dag? Sjáðu magnað myndband Kurzgesagt um málið ásamt mikilvægum siðferðislegum spurningum.

Teikning Kurzgesagt af hönnunarbarni framtíðarinnar
Teikning Kurzgesagt af hönnunarbarni framtíðarinnar

Hönnunarbörn, endalok sjúkdóma og erfðabreyttar mannverur sem eldast ekki eru fyrirbrigði sem munu að öllum líkindum brátt tilheyra raunveruleikanum en ekki aðeins vísindaskáldsögum. Erfðavísindi eru nálægt því að geta leyst heilbrigðisvandamál á borð við sigðkornablóðleysi, Huntingtonssjúkdóm, Alzheimer og marga aðra erfðasjúkdóma. 

Þar til nýverið hefur erfðabæting manna verið gífurlega kostnaðarsöm, flókin og ansi tímafrek en nú með nýrri tækni hefur kostnaður minnkað um 99%, tíminn hefur minnkað úr ári í nokkrar vikur og nær allir sem hafa aðgang að rannsóknarstofu og smá þekkingu í sameindalíffræði geta framkvæmt hana.

Vissulega vekur þessi þróun upp mikilvægar siðferðislegar spurningar sem við þurfum að huga að, því allar þær breytingar sem við gerum á kímfrumum (egg- og sáðfrumum) verða varanlegar og hafa þ.a.l. áhrif á komandi kynslóðir. En ef og þegar við náum að sigrast á ákveðnum sjúkdómum, hver segir að við munum stoppa þar? Hvað getum við gert með þessari tækni? Munum við sjá hönnunarbörn í framtíðinni? Verður það eðlilegt og jafnvel sjálfsagt skref í þróun mannsins?

Möguleikar mannsins með erfðabætingu

Tæknin hefur möguleika til þess að breyta mannkyninu varanlega. Eins og Kurzgesagt – In a Nutshell sýnir okkur svo skemmtilega í meðfylgjandi myndbandi (sjá neðst) þá eigum við möguleika á að útrýma allskyns erfðasjúkdómum eins og sigðkornablóðleysi, Huntingtonssjúkdómi, slímseigusjúkdómi og Alzheimer.

Ef okkur tekst að eyða út sjúkdómsgeni úr erfðaefni fólks þá mun fólk reyna að færa rök fyrir því að það sé siðferðislega rangt að nota ekki þessa tækni. Við gætum einnig styrkt ónæmiskerfið okkar til muna, sigrast á krabbameini, alnæmi og öllum þeim sjúkdómum sem við þekkjum í dag. Afhverju að stoppa þegar þangað er komið, afhverju gefum við fólki ekki fullkomna sjón, betri efnaskipti og ofurgreind?

Síðast en ekki síst þá trúa margir vísindamenn að við gætum sigrast á því sem plagar okkur öll: öldrun. Tveir þriðju þeirra ca. 150 þúsund manna sem deyja í dag munu deyja vegna aldurstengdra orsaka. Sumir líta á öldrun sem uppsafnaðan skaða á sjálfum okkur, erfðaefni okkar og kerfunum sem sjá um að laga það. Við vitum um gen sem hafa bein áhrif á öldrun og við vitum einnig um dýr sem eldast ekki. Mögulega gætum við fengið einhver gen lánuð frá þeim.

Ef horft er lengra í framtíðina gæti þetta hjálpað okkur að ferðast um alheiminn enda er það afar tímafrekt. Þegar á aðrar plánetur er komið gætum við breytt okkur og bætt þannig að við myndum þola ákveðnar aðstæður á framandi plánetum. Við myndum að sjálfsögðu deyja á endanum en bara ekki um nírætt á spítalanum heldur fengjum við vonandi að verja þúsundum ára með ástvinum okkar og skoða alheiminn saman.

Hvernig breytum við erfðum manna?

Erfðabreyting fer fram með tækni sem kallast CRISPR-Cas9 þar sem vísindamenn geta breytt og bætt erfðamengi mannsins með því að taka út og/eða bæta við genum í erfðamengið.

Kerfið inniheldur tvær lykil sameindir sem innleiða breytingar í erfðaefninu. Þær eru ensími sem kallast Cas9 sem virkar eins og sameindarskæri en það klippir erfðaefnið á sérstökum stað í menginu svo að bitar af erfðaefni geti verið fjarlægðir og/eða bættir við. Hin sameindin kallast guide RNA (gRNA) sem samanstendur af fyrirfram hannaðri ~20 basa langri RNA keðju og stærri RNA sameind sem binst við DNA sameindina en ~20 basa RNA keðjan sér um að miðla Cas9 ensíminu á réttan stað á erfðamenginu.

DNA samanstendur af tveimur tveimur kjarnsýruþáttum sem innihalda aðeins ferns konar niturbasa, adenín (A), gúanín (G), cýtósín (C) og týmín (T). A binst aðeins við T og öfugt, og G binst aðeins við C og öfugt. Þá er hægt að hanna gRNA sameind með samsvarandi keðju við erfðaefnið sem myndi passa akkurat á eftirsóttan stað eins og púsl eða lykill í skrá.

Vísindamenn geta tekið stofnfrumur úr sjúklingi með erfðasjúkdóm og með þessari tækni skipt út stökkbreytingunni sem veldur sjúkdómnum fyrir eðlilegt gen og sett það tilbaka á ný.

Hvernig varð þessi tækni til?

Þetta CRISPR-Cas9 kerfi þróaðist meðal baktería sem vörn gegn bakteríuveirum líkt og ónæmiskerfi. Veirur sýkja frumur með því að setja erfðaefni sitt inn í lifandi frumur og nota þær sem verksmiðjur til að fjölga erfðaefni veiranna og búa til fleiri veirur.

Frumurnar reyna að veita viðnám en tekst það yfirleitt ekki en ef það tekst þá varðveita þær hluta af erfðaefni veirunnar í sínu eigin erfðaefni í safni sem kallast CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats).

Næst þegar sama veira gerir árás gerir fruman RNA afrit af erfðaefni veirunnar úr CRISPR safni sínu og miðlar Cas9 próteininu á veiruna sem klippir erfðaefni hennar í sundur og tekur hana þar með úr umferð.

Efnafræðirásin Reactions á Youtube útskýrir CRISPR-Cas9

Hvar stendur tæknin í dag?

Vísindamenn í Kína hafa a.m.k. í tvígang gert tilraunir með að erfðabæta menn, fyrst með ólífvænlegum fósturvísum og síðar fullorðnum mönnum. Veröldin sagði frá misheppnuðum tilraunum þeirra í fyrra en þá virkaði aðferðin aðeins í 28 af 86 fósturvísum ásamt því að finna margar óvæntar stökkbreytingar frá misheppnuðum aðgerðum.

Nú í sl. ágúst mánuði voru gerðar tilraunir á sjúklingum með lungnakrabbamein sem höfðu engan ávinning af hefðbundnum meðferðum. Munurinn á þessari meðferð og kímlínumeðferð er að hér voru T-frumur ónæmiskerfisins erfðabættar en ekki kímfrumur svo að breytingin hefur aðeins áhrif á sjúklinginn en ekki mögulega afkomendur.

Í tilrauninni ætluðu vísindamenn að einangra T-frumur úr blóðsýni sjúklingsins, eyða geni sem framleiðir próteinið PD-1, en það hindrar T-frumurnar í að finna og drepa krabbameinsfrumur. Vísindamennirnir munu síðan fjölga þessum nýju T-frumum áður en þeir sprauta þeim inn í blóðrás sjúklingsins á ný. Samkvæmt tilgátunni ættu T-frumurnar þá að geta barist við krabbameinsfrumurnar á eðlilegan hátt.

Genameðferð í mönnum er ólögleg í flestum löndum heimsins en regluverkin eru ekki eins ströng alls staðar. Heilbrigðisstofnun Bandaríkjanna sagði nýverið að þau myndu ekki leyfa neinum að erfðabreyta mennskum fóstrum í náinni framtíð.

Bretar gáfu fyrr á þessu ári leyfi til að eiga við mennsk fóstur en undir ströngu eftirliti þar sem aðeins einn hópur vísindamanna, leiddum af sameindalíffræðingnum Kathy Niakan,  fær að nota CRISPR-Cas9 tæknina á mennsk fóstur aðeins í þeim tilgangi að læra meira um þroskun fóstra.

Forsendurnar eru fleiri því að fósturvísarnir hafa verið gefnir af konum sem hafa þegar tekið þátt í glasafrjóvgun. Einnig mega engar tilraunir eiga sér stað án samþykkis sérstaks siðferðiseftirlits. Rannsóknarteymið vill aðeins rannsaka áhrif ýmissa gena fyrstu sjö daga fósturþroskunnar á meðan fósturvísirinn hefur milli 1 og 250 frumur, og þarf fóstrinu að vera eytt innan 14 daga svo það má aldrei vera sett inn í konu.

Miklar gagnrýnisraddir heyrðust í Bretlandi við þessa lagabreytingu þar sem fólk hræðist hraða þróun í þessum efnum en margir vísindamenn þar í landi segja þetta stóran sigur fyrir heilbrigða skynsemi. Kathy Niakan, leiðtogi verkefnisins, segir þetta mikilvægt skref fyrir okkur í að læra um þroskun fósturvísis og glasafrjóvgun enda er fósturlát og ófrjósemi afar algeng.

Mikilvægar siðferðislegar spurningar

Allar þessar breytingar á erfðaefni kímfrumna yrðu varanlegar í erfðamengi okkar og komandi kynslóða svo að auðvitað verðum við að fara mjög varlega í allar slíkar aðgerðir. Við búum nú samt sem áður í þessum heimi sem við höfum rætt um. Óléttar konur og fóstur þeirra eru rannsökuð í leit að alls kyns erfðagöllum og vandamálum þar sem mjög mörgum fóstrum eru eytt vegna ýmissa galla, þ.á.m. Downs heilkennis.

Stórar spurningar koma að sjálfsögðu upp eins og er kímlínu genameðferð siðferðislega ásættanleg? Ríki eins og Norður-Kórea gæti á móti mögulega farið að bæta inn ákveðnum eiginleikum fyrir fólkið sitt t.d. til að framleiða ofurhermenn eða eitthvað í þá áttina. Þessa tækni hefði Hitler verið alsæll með í fortíðinni þegar hann vildi að allir í hans þjóð væru eins og Aríar sem hann taldi æðstan kynstofna. Miðað við margvíslegar og hrottalegar tilraunir sem Nasistar framkvæmdu á stríðsárunum þá hefði hann líklega ekki hikað við að nýta sér þessa meðferð í dag.

Í Bandaríkjunum og Bretlandi hafa þó sérstakar nefndir verið stofnaðar sem þurfa að skoða og samþykja allar beiðnir um genameðferð. Þær leyfa ekki meðferðir til að velja sérstaka eiginleika fyrir börn sem ekki hafa mikilvægan læknisfræðilegan ávinning. Þeirra markmið er að bera kennsl á og svara öllum siðferðislegum og lagalegum spurningum sem koma upp ásamt þessari þróun í stað þess að reyna að svara þeim eftir á.

Mun mögulegur ávinningur erfðabætinga vega þyngra en mögulegar áhættur? Kímlínu genameðferð gæti forðað komandi kynslóðum frá þjáningum margra erfðasjúkdóma og gera þeim kleyft að lifa heilbrigðu lífi. Á móti kemur að í dag erum við ekki nógu fær í þessum aðgerðum til að vera viss um mögulegar hættur, við gætum t.d. óvart bætt við frekari stökkbreytingum sem gerði sjúkdóminn enn verri, en vísindamenn vinna hörðum höndum að því að gera meðferðina öruggari.

Sjáðu myndbandið um CRISPR-Cas9 frá Kurzgesagt – In a Nutshell

Heimildir

Kurzgesagt: Genetic Engineering Will Change Everything Forever
Your Genome: What is CRISPR-Cas9?
Your Genome: Is Gene Therapy Ethical?
ScienceAlert: China’s about to rewrite human DNA using a revolutionary tool for the first time
ScienceAlert: 10 things you need to know about the UK’s decision to allow genetic modification of human embryos