Dr Magdalena Szewczyk pracuje w University of Toronto – Structural Genomics Consortium i w swej pracy na co dzień używa CRISPR-Cas9, technologii pozwalającej na kopiowanie i wklejanie genów do komórek, również ludzkich. Za odkrycie tej technologii Emmanuelle Charpentier i Jennifer A. Doudna otrzymały w tym roku Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Osiem lat temu opracowały “genetyczne nożyczki”, dzięki którym można wprowadzać konkretne modyfikacje w określone sekwencje DNA.
Metoda pozwala na zmianę DNA zwierząt, roślin i mikroorganizmów w precyzyjny sposób umożliwiając edycję żywych organizmów, co z jednej strony rodzi nadzieję na wyeliminowanie wielu chorób, w tych nowotworowych, z drugiej zaś rodzi obawy przed nadużyciami w rodzaju “projektowania” cech dzieci.
Wiele osób uważa, że CRISPR w bardziej istotny sposób odmieni ludzkość, niż takie zdobycze cywilizacyjne jak energia elektryczna, internet czy geo pozycjonowanie, technologia ta pozwala bowiem na modyfikowanie całych populacji roślin, zwierząt i ludzi.
.jpg)
Magdalena Szewczyk: – Skończyłam studia w Polsce na Uniwersytecie Łódzkim, zrobiłam magistra z genetyki molekularnej i później tak mi się życie potoczyło, że wylądowałam w Kanadzie; przyjechałam tutaj, do mojego męża i postanowiłam coś zrobić z moim wykształceniem i pójść dalej.
Zrobiłam doktorat na McMaster University z biologii molekularnej i później szukałam pracy. Znalazłam ją tutaj, w laboratorium, które nazywa się Structural Genomics Consortium to jest taki bardzo interesujący lab, bo jest trochę pionierski, który promuje Open Access Science. Współpracujemy z firmami farmaceutycznymi, próbujemy znaleźć różne związki chemiczne, które – na przykład – będą podtrzymywały akcje jakiegoś enzymu. Enzymy to są białka, które mają pewne funkcje, to są takie robociki u nas w komórce, które odpowiadają za różne czynności – modyfikują, produkują albo degradują odpowiednie związki.
Wykorzystujemy te związki chemiczne, które są bardzo dobrze scharakteryzowane, do tego, żeby studiować te białka, czy to w procesach chorobotwórczych czy ogólnie, do czego służą, jak pracują, jakie mają zastosowanie później.
Te związki mają jakiś potencjał do produkcji leków w przyszłości.
Nasze laboratorium po odkryciu tych związków dzieli się tą wiedzą z innymi, nie są one patentowane, nie są ukrywane, wszystko jest otwarte, żeby współpracować.
Bo jest bardzo często na świecie tak, że różne laby pracują nad tym samym. Nikt się ze sobą nie dzieli wynikami. Jest tak dlatego, że trzeba pamiętać, że te badania bardzo często nie „produkują pieniędzy”; polegamy na grantach, na pieniądzach z zewnątrz, które są nam dane, dlatego ważne jest, żeby współpracować z firmami farmaceutycznymi, albo starać się o granty rządowe, lub innych organizacji; dlatego też bardzo ważne jest to, żeby publikować własne osiągnięcia w najlepszych magazynach; jeżeli masz dużo publikacji, masz większe szanse na zdobycie pieniędzy dla swojego labu.
Dlatego laboratoria często ukrywają to, co robią, a boją się, że ktoś podkradnie ich pomysły i ktoś inny to opublikuje; natomiast nasze laboratorium jest pod tym względem otwarte.
•••
CRISPR-Cas9 – one (Emmanuelle Charpentier i Jennifer A. Doudna – red.) nie wymyśliły tego procesu – on zawsze istniał w komórkach bakteryjnych. One to odkryły, zobaczyły jak to działa i dały podstawy do tego, żeby inni pracowali nad tym i ulepszali tę technologię; żebyśmy mogli jej użyć do swoich celów.
To jest bardzo użyteczna technologia, sama używam czasami CRISPR-Cas9, wszystko zależy od tego, jaki rodzaj badań jest aktualnie potrzebny. To jest cudowna technologia, jestem bardzo szczęśliwa, że została wynaleziona, dlatego że pozwala na bardzo precyzyjną edycję naszego genomu.
GONIEC: – Edycję, czyli zmianę?
– Zmianę, jakby to powiedzieć najprościej, cała technologia ma dwa najważniejsze komponenty – jest cząsteczka RNA i to jest, jak gdyby przewodnik i jest enzym, który się nazywa Cas9, który jest nukleazą; jest nożyczkami.
Przewodnik bierze te nożyczki do odpowiedniego, konkretnego, bardzo specyficznego miejsca w naszym DNA.
– Skąd wie, gdzie wziąć?
– RNA jest jakby dopasowane do miejsca w DNA, które chcemy wyciąć, ono musi być unikatowe, trzeba sprawdzić, najpierw czy nie ma innych miejsc o podobnej sekwencji DNA, czyli jest to bardzo specyficzna sekwencja DNA/RNA, która pasuje do tego DNA i naprowadza ten Cas9, ten enzym, który w tym właśnie miejscu tnie DNA, obydwie strony łańcucha – to jest bardzo ważne.
– To było zaobserwowane w komórkach? To jest kwestia obrony komórki?
– Tę technologię można użyć w każdej komórce tylko mówię, że to było interesujące, jak to działa u bakterii i to zostało wykorzystane. To jest bardzo ciekawa historia, komórki bakteryjne są infekowane przez swoje wirusy zwane bakteriofagami, jeżeli przeżyją tę infekcję to niektóre z nich potrafią wziąć taką cząsteczkę DNA z tego wirusa i ją wkleić do swojego genomu i teraz te bakterie posiadają również geny, które kodują tę Cas9 i one tak jakby na podstawie tego DNA, jeżeli znowu wirus zaatakuje, produkują RNA, czyli tego naszego przewodnika, czyli mają już tego przewodnika, produkują Cas9, to się łączy, idzie do genomu bakteriofaga tnie go i dezaktywuje.
I to jest właśnie cała, bardzo prosta metoda. Jeżeli Cas9 wytnie DNA w danym miejscu, to tam powstają mutacje i bardzo często to powoduje, że to białko nie może zostać wyprodukowane.
– Jak to zrobić, żeby taki kawałek DNA dotarł do wszystkich komórek organizmu?
– To jeszcze taka technologia nie powstała.
– Słyszałem o takich wektorach wirusowych, że się tak przerabia wirus, również wirusy odzwierzęce, koronawirusy są tutaj jednymi z ciekawszych, dlatego że są duże i tak się je przerabia, żeby były w stanie szybko i dokładnie zainfekować ludzkie czy zwierzęce komórki, a wyjmuje się z nich te geny niosące chorobę, a wkleja inne, które mają coś uzyskać.
– Ja nie wiem zbyt wiele na temat tego, żeby koronawirusów się do tego używało; do takich metod są adenowirusy, lentiwirusy.
– Ale to są wirusy, używa się wirusów?
– Tak definitywnie używa się do tego wektorów wirusowych, bo komórkę moglibyśmy utopić w RNA i naszym Cas9 i ona nie weźmie ich do siebie; musi być jakiś wektor, coś, co wprowadzi do środka i można używać wektorów wirusowych albo plazmidów czyli cząsteczek DNA, które działają troszkę na innej zasadzie i – masz rację – że z tego genomu wirusa zostaje dużo rzeczy usuniętych, czyli nie jest to już wirus, który potrafi zainfekować, namnażać się i spowodować chorobę; nie, to jest jak gdyby kapsuła z tego wirusa, a w środku jest DNA wirusa czy RNA, z częścią, która będzie kodować Cas9 i przewodnik RNA.
Tych metod jest mnóstwo, jeżeli zrobi się taką edycję na poziomie komórek embrionalnych, to wiadomo, że cały organizm, każda komórka nie będzie miała jakiegoś genu, albo będzie miała ten dodatkowy nowy gen; natomiast, jeżeli organizm jest już dorosły i zrobimy coś takiego, to wydajność nie jest taka duża.
– Nawet po zakażeniu tymi wektorami wirusowymi spowodowaniu, że te wirusy docierają do wielu tkanek ciała?
– Tak, poza tym twój organizm się broni, bo organizm rozpoznaje jakiegoś wirusa i on może też bronić się przed tym wektorem. Ale co jest ciekawe, że zrobili jakieś badania, próbowali naprawić jakiś gen myszy, chyba gen, który powinien rozkładać tyrozynę. Nie jestem do końca w tym momencie pewna; i wystarczyło, że jedna komórka w wątrobie zaczęła pracować, już pozwoliło to na zmniejszenie choroby, bo normalnie, jak nie ma tego enzymu, który rozkłada tyrozynę, to tyrozyna się buduje w komórkach.
Ale to są dopiero początki, wydaje mi się, że to ma duży potencjał.
– Skoro jest duży potencjał, to chyba są olbrzymie nakłady na tego rodzaju badania; mamy tu do czynienia z leczeniem chorób genetycznych to jest jedna rzecz, druga rzecz to jest leczenie raka, czyli takie ukierunkowanie genetyczne komórek obronnych organizmu, aby atakowały komórki rakowe, ale też możemy, na przykład, projektować cechy dzieci, tak?
– Tutaj wkraczamy w pewną sferę etyczną i mogę powiedzieć, że większość naukowców na świecie jest jednak przeciwna edytowaniu embrionów i tworzeniu nowych super-ludzi czy w ogóle robieniu czegokolwiek z embrionami. Ale w późniejszym czasie, jak już jesteś chory, nabyłeś tę chorobę, to dlaczego tego nie wykorzystać do leczenia?
– Ale dlaczego nie wykorzystać tego przy embrionie, który – widać, że na przykład, ma sierpowatość krwi albo inne schorzenie genetyczne, czemu tego nie wyprostować, czemu nie poprawić Pana Boga?
– No właśnie, bo jeżeli będziemy próbować na różnych embrionach… To nie jest tak, że mamy ten jeden konkretny embrion i nam się to od razu uda. To na pewno nie jest takie w 100% wydajne, chyba że pracuje się na plemnikach na komórkach rozrodczych osobno, to wtedy jest inaczej.
– Czy można na komórkach rozrodczych zastosować tę samą technologię?
– Można, ale trzeba pamiętać, że wydajność tego enzymu nie jest 100-procentowa, on może też ciąć w innych miejscach, może powodować mutacje.
– Czyli możemy się pomylić i mutacje mogą spowodować następstwa, których nie przewidywaliśmy? Czy to dobrze rozumiem?
– Mutacje mogą spowodować następstwa ale przede wszystkim ten przewodnik RNA, może gdzieś tam indziej się przyłączyć przez pomyłkę, i mamy wtedy gdzie indziej wprowadzoną mutację.
Prowadzone były badania na ten temat i zawsze jakieś dodatkowe mutacje gdzieś tam występują, to nie jest to na 100% pewna metoda, natomiast jest to najbardziej wydajna metoda jaka do tej pory istniała, jeżeli chodzi o inżynierię genetyczną.
– Czy nauki ścisłe są powoli dominowane przez kobiety?
– Nie, nadal jest więcej mężczyzn w tych wszystkich STEM (Science, technology, engineering, and mathematics-red.)
– Dlaczego tak jest, skoro dziewczynki w szkole uczą się lepiej od chłopców?
– Można powiedzieć, że największa różnica jest już na tych najwyższych poziomach, dlatego że bycie naukowcem, na wyższych szczeblach wymaga bardzo dużego poświęcenia, to jest praca 7 dni w tygodniu prawie 24 h na dobę, musisz ciągle się dokształcać, jeździć na konferencje, musisz być na bieżąco, musisz prowadzić lab, musisz pisać podania o granty – to wymaga bardzo dużo czasu, a jednak kobiety chciałyby to połączyć – i wiele kobiet to wciąż robi – z rodziną; kobiety wciąż jednak rodzą dzieci i nawet, jeśli masz pomoc, a znam bardzo dużo kobiet, które osiągnęły bardzo dużo i mają trójkę dzieci, ale to nadal są jakieś wybitne jednostki – i może też miały pomoc ze strony czy męża, czy rodziny, albo po prostu tak kochały naukę, że potrafiły jakoś to pogodzić.
Myślę że to jest ten problem, bo my nadal chcemy być matkami, chcemy uczestniczyć aktywnie w życiu naszej rodziny i naszych dzieci, ale chcemy też iść w tę drugą stronę – znaleźć balans.
– Ty również działasz w Federacji Polek w Kanadzie, więc oprócz tego, że masz rodzinę i pracę, działasz w organizacji.
– To jest mój wentyl bezpieczeństwa; nie można żyć samą pracą i domem, trzeba robić też coś innego, to jest dla mnie wielka przyjemność praca w Federacji.
– Wentyl bezpieczeństwa, w jakim sensie?
– W takim, że nie ma tylko takiej rutyny dom praca, dom, praca i człowiek ma takie klapki na oczach i nic z tego życia nie ma, tylko spotykasz się ze wspaniałymi kobietami, które chcą coś zrobić, jest przy tym dużo satysfakcji, dużo radości – to jest takie ujście pozytywnych emocji, taki balans w życiu, bo nie można tylko żyć pracą i domem.
– Przyjechałaś tutaj z Polski czy w Twojej dziedzinie jest wiele osób pochodzenia polskiego spotykasz takich ludzi?
– Tak bardzo dużo, zawsze sprawdzam, na publikacjach, zawsze sprawdzam na konferencjach, kto ma polskie nazwisko, do tej pory mi to zostało, zawsze miło zobaczyć, o ktoś z Polski, miło, że ktoś coś osiągnął, ktoś napisał jakąś dobrą publikację, zawsze to cieszy, jednak nadal czuję się Polką.
Przyjechałam tutaj prosto po studiach więc nie mam porównania, ale wydaje mi się, że tutaj mimo wszystko są większe szanse badawcze, ale to nie dlatego tutaj jestem, po prostu tutaj jest moja rodzina i moi przyjaciele i nic tak naprawdę w Polsce tak bardzo mnie nie ciągnie, żeby tam żyć.
Znalazłam pracę w labie, którą bardzo lubię; codziennie coś nowego się robi, codziennie jakieś nowe odkrycia, codzienne trzeba myśleć – to nie jest taka rutynowa praca, tutaj trzeba kombinować. Ja taką pracę lubię, codzienne coś nowego, codziennie coś interesującego. Ja jestem na tym końcu łańcucha, to znaczy te związki, które zostały scharakteryzowane najpierw in vitro w probówkach czy są selektywne czy są wystarczająco skuteczne, ja później je muszę przetestować, czy one na przykład, w komórkach robią to samo czy mogą dostać się do komórki i tam znajdą ten enzym i spowodują działanie, więc muszę wynaleźć jakąś metodę, dzięki której będę mogła stwierdzić, czy ten związek działa. Później badam te związki, porównuję, który lepszy, który gorszy, co się dzieje, czy są toksyczne, czy nie są toksyczne; tak że ja pracuję z reguły na komórkach rakowych bo one się bardzo szybko namnażają i to w dużych ilościach.
•••
Każdy lek ma jakieś niepożądane skutki i godzisz się z tym. Chemioterapia w przypadku raka? Przecież to ma tyle skutków ubocznych, że musisz rozważyć czy ratować życie czy zgodzić się na te skutki uboczne, jak z tego wyjdę, bo przecież powikłań jest bardzo dużo po zastosowaniu wielu leków w takich ciężkich chorobach. To dlaczego bać się CRISPR? Tutaj w leczeniu chorób ta technologia ma wielki potencjał i mam nadzieję, że będzie używana. Pięknie byłoby gdybyśmy, gdy mamy raka, mogli wziąć nasze komórki układu immunologicznego pokazać im co mają robić i z powrotem do organizmu i one idą i zabijają raka; nie musimy używać chemioterapii, radioterapii.
– Co Cię skłoniło w Polsce, żeby wybrać taką dziedzinę?
– Zawsze lubiłam biologię, science zawsze chciałam iść w tym kierunku, coś mnie po prostu tam ciągnęło już w szkole średniej. Na początku myślałam, że będę pracować w biologii kryminalistycznej, w tym kierunku chciałam iść, a potem tak sobie pomyślałam, że jest to jednak taka praca wykonawcza, że chciałabym coś interesującego, co daje więcej satysfakcji. Jak coś wyjdzie, jak coś odkryjesz, to jest niesamowite uczucie, ale też dużo jest frustracji. 90% z reguły nie wychodzi w nauce, tak że to nie jest tak, że ciągle wychodzi. Czasami coś mam bardzo logiczne podłoże, powinno pracować, a jednak nie pracuje. Nadal bardzo, bardzo mało wiemy; wiemy dużo, ale chyba im więcej wiem, tym więcej wiem, że nie wiem.
– Dziękuję bardzo.
notował Andrzej Kumor
