Rima JANUŽYTĖ

VU Biotechnologijos instituto Baltymų-nukleorūgščių sąveikos tyrimų skyriaus vadovui prof. Virginijui Šikšniui su kolegomis pavyko „nulaužti kodą“ – suprasti, kaip pakeisti bet kurios ląstelės DNR ir ištaisyti joje įsivėlusias klaidas. Neabejojame, kad už tai šiam mokslininkui ateityje dėkos milijonai vėžiu ar kitomis genetinėmis ligomis sergančių žmonių visame pasaulyje. „Mini Nobelio“ laureatu „Veidas“ jį skelbia antrą kartą – pirmą kartą V.Šikšnys juo tapo 2012 m.

Ant Virginijaus Šikšnio darbo stalo Saulė-tekyje, naujajame Jungtiniame gyvybės mokslų centre, guli anglų kalba parašyta knyga „Understanding DNA“ („Suprasti DNR“). Nors būtų buvę pravartu ją perskaityti prieš pokalbį su šiuo mokslininku, tačiau V.Šikšnys apie savo mokslinius tyrimus geba pasakoti taip paprastai, kad šį tą suprastų net apie DNR tik iš mokyklinių vadovėlių žinantis žmogus.

„Kiekvienas mokslininkas turi bent pabandyti paprastai paaiškinti, ką jis veikia. Nes jeigu nesugebi kitiems žmonėms išaiškinti, ką veiki, tai tikriausiai ir pats nelabai gerai tai supranti“, – šypsosi profesorius. Tiesa, prisipažįsta, kad skaitydamas savo paties žurnalistams pasakytus žodžius dažnai truputį susigėsta, esą tai gryniausias popsas. Tačiau pats puikiai supranta, kad kitos išeities nėra: jei straipsnyje apie mokslininkų pasiekimus bus prirašyta formulių, skaitytojai tą puslapį tiesiog pravers.

Taigi kaip keliais sakiniais papasakoti tai, į ką giliniesi dešimtmečius ir kam iki galo suprasti neužtektų ir viso gyvenimo? V.Šikšnys sako, kad apie šį „supaprastintą variantą“ jam teko gerai pagalvoti dar tada, kai pirmą kartą kilo visuomenės susidomėjimas jo tyrimų skyriuje dirbančių mokslininkų atradimais.

„Ši knyga ant mano stalo yra apie DNR molekules. O mes aiškinamės, kaip baltymai atpažįsta šias DNR molekules. Kaip baltymų molekulės perskaito visą informaciją, kuri yra toje DNR molekulėje „užrašyta“. Mes bandėme suprasti, ar yra koks nors tokio skaitymo kodas. Mat jeigu informacijos perskaitymas sutrinka, ląstelėje kyla bėdų, pavyzdžiui, atsiranda ligos“, – pradeda V.Šikšnys, prisipažindamas, kad vien mėginimas tai suprasti – ne vienų ir net ne penkerių metų darbas, juolab kai bandai perprasti tai, ko dar niekas iki tavęs neišsiaiškino.

V.Šikšnio vadovaujami mokslininkai Vilniaus universitete kelis dešimtmečius tai aiškinosi naudodami tam tikras baltymų molekules, kurios vadinamos restrikcijos endonukleazėmis. Beje, apie jas „Veidui“ pernai pasakojo 2016 m. „Mini Nobelio“ laureatas, V.Šikšnio kolega dr. Mindaugas Zaremba (straipsnį skaitykite 2016 m. vasario 18 d. numeryje).

„Po kokių dvidešimties metų darbo su restrikcijos endonukleaze pajutau, kad reikia imtis ir kitos srities. Nes šias baltymų molekules norėdamas galėtum ir toliau tyrinėti visą likusį gyvenimą. Jų yra apie keturis tūkstančius, o mes tyrinėjame geriausiu atveju dvidešimt. Taigi kelioms kartoms darbo būtų užtekę. Bet paskui pradedi ieškoti kažkokio naujumo, iššūkių“, – sako V.Šikšnys, paaiškindamas, kodėl prieš dešimt metų ėmėsi bakterijų apsaugos nuo virusų sistemų, kurios buvo pavadintos CRISPR-Cas.

„Nulaužė“ slaptą kodą

Mokslininkas teigia, jog tuo metu, kai ėmė domėtis, kaip nuo virusų ginasi bakterijos, nebuvo net užuominų, kad iš šių sistemų gali atsirasti dabar itin plačiai aptarinėjami genomo redagavimo įrankiai. „Mes tik norėjome atsakyti į tokius paprastus klausimus, kaip tokios sistemos veikia, kokie tai baltymai, kaip šios sistemos sudarytos“, – prisimena V.Šikšnys.

Tačiau paprastai būtent iš tokių tyrimų, kurių tikslas – rasti atsakymus į fundamentalius gamtos iškeltus klausimus, vėliau randasi praktinio pritaikymo galimybės: juk kai supranti, kaip veikia sistema, tampa gerokai lengviau pradėti ją taikyti praktikoje. Taip nutiko ir su bakterijų apsaugos nuo virusų sistemomis.

„Gerai atsimenu, kaip į tą sistemą „įžengėme“. Mūsų laboratorija kiekvienais metais rengia tradicinį seminarą, kurio metu visi porai dienų išvykstame į kokią nors kaimo sodybą. Tokiame seminare aš pirmą kartą kolegoms parodžiau tas sistemas. Sakau – gal čia įdomu? Gal mums verta tuo užsiimti? Taip viskas ir prasidėjo“, – prisimena V.Šikšnys.

Po penkerių metų tyrimų mokslininkai suprato, kaip tokia sistema veikia, dar vėliau – kaip ši sistema atpažįsta DNR molekulę, kol galiausiai tapo aišku, kad sistemą galima nesunkiai perprogramuoti. Galiausiai ši sistema tapo pagrindiniu įrankiu genomams redaguoti.

Redaguoti genomus reiškia, kad su tos sistemos pagalba galime pakeisti tekstą, kuris užrašytas DNR molekulėje. Jeigu kur nors yra klaida, tuomet ląstelėje atsiranda problema. Kartu tai problema ir žmogui, nes tai gali būti paveldima genetinė liga arba koks nors kitas sutrikimas. „Taigi, ta sistema, kurią mes atrandame tirdami, kaip bakterijos apsisaugo nuo virusų, pasirodo, lengvai programuojama. Yra kita maža molekulė, su kurios pagalba galime tarsi ant voko užrašyti adresą. Užrašius vienokį adresą, vokas nukeliaus į vieną vietą, o jeigu adresą pakeisime, jis nukeliaus kitur“, – aiškina V.Šikšnys.

Kitaip sakant, jeigu DNR molekulėje atrandama klaida, galima „užrašyti adresą“ taip, kad genomo redagavimo įrankis nukeliautų į tą vietą, kur yra klaida. Tuomet šis įrankis perkerpa DNR grandinę, įjungiami įvairūs ląstelių klaidos ištaisymo mechanizmai, klaida ištaisoma.

Šis įrankis, pasak V.Šikšnio, universalus, tad dabar jis taikomas ne tik genomo klaidoms taisyti, bet ir norint vienus genus išimti, kitus įdėti. „Iš tikrųjų mes galime pradėti perrašinėti tą DNR molekulę, kuri koduoja visą ląstelės vystymąsi nuo pradžios iki pabaigos – tiek augaluose, tiek žmonėse, tiek kituose gyvuose organizmuose. Atsiranda didžiulės galimybės kažką keisti, įdėti, išimti, pakeisti savybes arba nukreipti jas norima linkme“, – aiškina mokslininkas.

Pradininkai pasaulyje

V.Šikšnys ir jo kolegos pirmieji pasaulyje aprašė, kaip toks genomo redagavimo įrankis veikia. Tiesa, buvo ir kita laboratorija, su kuria galima pasiginčyti, kas buvo pirmesni, – Berklio universiteto Kalifornijoje mokslininkai galbūt sakytų, kad pirmieji buvo jie. „Bet kuriuo atveju mes buvome pirmose gretose tarp tų, kurie suprato, kaip tas įrankis veikia ir ką su juo galima daryti“, – sako V.Šikšnys.

Beje, jis sako pradėjęs domėtis ir kitomis bakterijų apsaugos nuo virusų sistemomis. Ir tikisi, kad kelias ir strategija bus tokia pati: pirmiausia reikės suprasti, kaip tai veikia gamtoje, o paskui galbūt suprasime, kaip tai pritaikyti. „Gali būti, kad iš šių sistemų irgi atsiras kokių nors naujų įrankių, apie kuriuos dar nieko nežinome“, – atsargiai spėlioja profesorius.

Tikslus genomų redagavimas

Paklaustas, kuo jo sukurtas genomo redagavimo įrankis ir su šio pagalba pakeista DNR skiriasi nuo dabar plačiai taikomo, bet prieštaringai vertinamo genetinio modifikavimo, V.Šikšnys aiškina, kad naujoji technologija leidžia daryti pakeitimus DNR molekulėje labai tiksliai ir labai kontroliuojamai. „Ši technologija leidžia viską kontroliuoti ir žinoti, ką darai. Ji leidžia ištaisyti DNR klaidas nepaliekant jokių pėdsakų DNR molekulėje. Žinoma, ją naudodami mes irgi galime vienus genus įdėti, kitus išimti ir taip perrašyti DNR kodą. Bet tai darome labai tiksliai“, – sako V.Šikšnys, lygindamas su gana nenuspėjamu GMO kūrimo procesu.

„Iki šiol geną, kurį įdeda kurdami genetiškai modifikuotus organizmus, mokslininkai dažniausiai įstato į bet kurią vietą, nelabai žinodami kur, nelabai žinodami, ką jie gali sugadinti kituose genuose arba toje DNR molekulėje“, – pasakoja V.šikšnys pateikdamas selekcininkų pavyzdį.

Jo teigimu, išvesdami naujas augalų rūšis selekcininkai naudoja tą patį principą: augalų sėklas apšvitina jonizuojančia spinduliuote, dėl kurios poveikio DNR molekulė augaluose sutrūkinėja. Tuo metu galima vienas DNR dalis išimti, kitas įdėti. Bet tai visiškai atsitiktinis procesas – po to selekcininkai ilgai atrinkinėja sėklas su naujais požymiais, kuriuos jie norėjo gauti.

Naujoji genomo redagavimo technologija leidžia tą patį padaryti labai tiksliai ir iš anksto žinoti, koks bus rezultatas. Taigi viskas vyksta greičiau ir kur kas efektyviau.

Tai labai svarbu, pavyzdžiui, kuriant peles, naudojamas klinikiniuose vaistų tyrimuose. Mat anksčiau tai būdavo labai ilgas procesas: tam, kad būtų pakeistas pelės genomas ir būtų galima stebėti, ar kokio nors vaisto molekulė gali išgydyti vieną ar kitą ligą, prireikdavo kelių mėnesių. Dabar pakanka vos kelių savaičių. Vadinasi, vaistai greičiau pasiekia vartotojus.

Didžiosios farmacijos bendrovės šį įrankį jau plačiai naudoja, VU mokslininkai aktyviai bendradarbiauja su biotechnologijų milžine iš JAV „Dupont Pioneer“, kuri yra viena iš lyderių pasaulyje augalų genetikos srityje.

Vis dėlto žmonių gydymui ši technologija bus pasitelkiama ne iš karto – kol kas ji tiriama laboratorijose. O kelias nuo laboratorijos iki žmonių gydymo, kaip žinome, labai ilgas. „Bet tyrimai vyksta labai aktyviai. Aktyviausi – amerikiečių mokslininkai, nes ten viskas vyksta kur kas greičiau. Manoma, kad per porą metų amerikiečių mokslininkai gaus leidimą klinikiniams tyrimams su žmonėmis, gydant kai kurias paveldimas ligas. Jeigu technologija pasiteisins, tai labai greitai šis gydymo metodas atkeliaus ir pas mus – pasaulis globalus, o mokslas jau seniai neturi sienų ir ribų“, – prognozuoja profesorius.

Tiesa, tam tikros ribos vis dėlto egzistuoja ir jos, deja, susijusios su pinigais.

Visą publikacijos tekstą skaitykite savaitraštyje “Veidas” arba pirkite žurnalo elektroninę versiją internete http://www.veidas.lt/veidas-nr-4-2017-m