Jenifer Doudna. Kredit: Duncan.Hull , Wikipedia, CC BY-SA 4.0

„Nejdřív bude rozhodnut patentový spor mezi MIT a UC Berkeley a pak dostane vlastník patentu navrch i nobelovku. Bylo by trapné, kdyby nobelovský výbor připsal hlavní zásluhy někomu, o kom později patentový úřad prohlásí, že hrál druhé housle.“

Jestliže staří Řekové doporučovali nepřísahat na slova učitelova, pak jsem s odstupem pár tisíciletí potvrdil, že měli pravdu. Sekl jsem se. V patentovém sporu o molekulárně genetickou metodu CRISPR-Cas9 zatím vede „na body“ tým z Massachusetts Institute of Technology. Nobelovu cenu ale dostává tým z University of California v Berkeley. V Kalifornii už je jen jeho „půlka“ zosobněná americkou biochemičkou Jenifer Doudna¹. Její francouzská kolegyně Emmanuelle Charpentier je dneska v Německu. Děvčata se prý nerozešla v dobrém, ale ve Stockholmu si zcela jistě do drdolů nevjedou. Ostatně v roce 2015 už spolu přebíraly prestižní (a tučněji dotovanou) cenu Breakthrough in Biology.

Pro Doudnu a Charpentier platí, že skutečně nastartovaly revoluci. Nejen genetickou nebo vědeckou. Ale skutečnou, celospolečenskou. Otevřely lidstvu cestu k cíleným, přesným a spolehlivým zásahům do dědičné informace. Do DNA nejrůznějších organismů člověk zasahoval už dlouhá desetiletí. Jenže to byla „střelba na slepo“. Nevěděli jsme, co v dědičné informaci vlastně provádíme a spoléhali jsme na šťastnou náhodu. Často nám to klaplo. Díky tomu máme řadu nových zemědělských plodin, máme i nové léky, k jakým bychom se jinak těžko dostávali. S určitou porcí štěstí jsme byli s to dokonce napravit vrozené genetické defekty lidí s těžkým dědičným postižením a provádět něco, čemu říkáme genová terapie. Ale bylo to všechno zoufale neohrabané, zdlouhavé, drahé a někdy i trochu nebezpečné. V roce 2000 například vyléčil francouzský lékař Alain Fisher genovou terapií tucet tzv. bublinových dětí z těžkého dědičného defektu imunitního systému. Tři pacienti dostali záhy leukémii a jeden na ni zemřel. Jen proto, že Fisher neuměl zacílit opravu genu na to správné místo a u tří nemocných proběhla korekce stylem „tanec slona v porcelánu“.

Jestliže se Fisher a spol. podobali střelci mířícímu potmě brokovnicí na stodolu, pak Doudna a Charpentier nám umožnily, abychom se stali genetickým Vilémem Tellem. Od mikrobů okoukaly zvláštní molekulární nástroj, kterým se bakterie a archea brání virům. Když mikrob ataku viru nepodlehne, rozporcuje si jeho dědičnou informaci a uloží si ji do své vlastní DNA jako do archivu. Když pak na mikroba zaútočí podobný virus, bakterie jen sáhne do svého genetického archivu a vyrobí si podle uskladněných virových „trofejí“ úseky ribonukleové kyseliny (RNA). Tyto „naváděcí“ RNA dokonale dosednou na příslušné úseky virové dědičné informace. Dovlečou tam s sebou velkou bílkovinou molekulu enzymu, který umí dvojitou šroubovici DNA přestřihnout na dva kusy. Mikrob tak rozstříhá dědičnou informaci viru na kousky a zlikviduje ji. A v zápase s virem vyhrál.

Doudna a Charpentier si uvědomily, že mikrobi nabízejí dokonalý nástroj pro genové inženýrství. Stačí syntetizovat krátký řetězec RNA tak, aby dosedl na přesně vybrané místo dědičné informace organismu, kterému chceme změnit DNA. Krátká RNA funguje jako „čmuchací pes“ – vyhledá příslušný cíl v dědičné informaci tvořené třeba několika miliardami písmen genetického kódu. A když přidáme příslušnou molekulu „stříhacího“ enzymu, tak v tomto místě dědičné informace vznikne „díra“. Buňky nemají „děravou“ DNA zrovna v oblibě a začnou ji spravovat. Zaflikují „díru“, jak se dá a často neuvedou poškozený úsek do původního stavu. Pokud se díra vyskytla uvnitř genu, pak je tenhle gen „knockoutován“ a nefunguje. V dědičné informaci tedy můžemr udělat něco podobného, jako když připsaní textu na počítači zadáme příkaz „Najít“ a zadáme příslušné slovní spojení nebo větu. I kdybychom měli rozsáhlý text, je dost pravděpodobné, že daná věta nebo slovní spojení se tam bude vyskytovat jen jednou. Když následně stiskneme klávesu „Delete“, vyhledaná část textu se vymaže.

Emmanuelle Charpentier. Kredit: Carries mum, Wikipedia, CC BY-SA 4.0

Druhý trik je ještě zajímavější. Do buňky vpravíme „vyhledávací“ RNA s připojenými molekulárními nůžkami. Stane se totéž, co v prvním případě. V nalezeném místě se vytvoří „díra“ a spustí se oprava poškozeného místa. Pokud ale dodáme ještě připravený úsek nové DNA, je docela slušná šance, že si ho buňka zapraví do poškozeného místa jako „záplatu“. Provádíme tu podobnou akci, jako když při psaní textu zadáme příkaz „Najdi“ a pak zadáme příkaz „Vložit“. Pomocí této techniky se dá napodobit i operace, kterou zajistíme příkazem „Nahradit“. Pak jsme s to vyhledat v dědičné informaci přesně vybrané místo a původní úsek DNA vyměnit za jiný.

Technika označovaná jako CRISPR-Cas9 tak dovoluje vyblokovat geny, vkládat geny nebo zaměňovat různé varianty DNA. Kde že jsou loňské sněhy a střelba potmě na stodolu! Cílený zásah do DNA je rychlý, poměrně přesný a spolehlivý a v neposlední řadě laciný. Dřívější techniky pro cílené zásahy byly podstatně nedokonalejší a o několik řádů dražší. Dědičnou informaci pomocí CRISPR-Cas9 cíleně upravují studenti ve svých diplomových pracích. Když vysokoškolský učitel senior dostane od studentů dotaz: „A jak jste to dělali v dobách, kdy nebyl CRISPR-Cas9?“, má co dělat, aby mu do oka nehrkla slza. Technika stará pouhých osm let je dnes takovou samozřejmostí, že si mladí aspiranti genetických věd bez ní už nedokážou svoji práci představit.

Doudna a Charpentier „stály na ramenou obrů“. Navázaly na výzkumy jiných vědců, kteří léta studovali imunitní systém mikrobů využívající „stříhání“ dědičné informace. Také nevyvinuly systém CRISPR-CAS9 samy. Spolu s nimi pracovali na odstartování revoluce další vynikající vědci. Můžeme tu dokonce vysledovat „českou stopu“. Na dvou významných publikacích zveřejněných v časopise Science v roce 2012 a 2014 figuruje na prvním místě mezi autory český vědec Martin Jínek.

CRISPR-Cas9 a jeho nesčetné obdoby a varianty dovolují zásahy do dědičné informace pro nejrůznější účely. Řada z nich se rodí v laboratořích a slibuje zajímavé a lákavé věci. Cílený zásah do dědičné informace může například zkrotit zhoubný nádor. Můžeme tak upravit kvasinky, aby vyráběly látky, jaké jsme doposud složitě získávali z rostlin a vyráběli jsme z nich následně životně důležité léky. Při genové terapii už nehrozí, že se lékaři strefí, kam neměli, a pacient se dočká nepříjemných komplikací. Když se vědci snažili získat úpravami dědičné informace prasata, jejichž orgány by posloužily smrtelně nemocným lidem jako náhrada za lidský orgán k transplantaci, museli „odpískat“ i velmi nadějně se rozjíždějící projekty. Systémem „střelba do tmy“ postupovali zoufale pomalu a zoufale draho. S pomocí CRISPR-Cas9 se zdají tzv. xenotransplantace na dosah ruky. Paviáni přežijí se srdcem, plícemi či ledvinami takto geneticky upraveného prasete dlouhé měsíce.

Jennifer Doudna je přesvědčena, že její „dítko“ odvede největší kus práce v zemědělství. S pomocí CRISPR-Cas9 získáme nové plodiny a nová hospodářská zvířata. Vyšší výnosy dovolí sklízet větší úrodu ze stejně velké nebo dokonce menší plochy. Pokud budeme chtít uživit rostoucí lidstvo, nebudeme muset vypalovat pralesy, měnit savany na pastviny. Zemědělská produkce bude představovat menší zátěž pro životní prostředí, bude spojena s menší produkcí skleníkových plynů.

Ve hře je samozřejmě nejen léčba člověka, ale také jeho genetické vylepšení. Na sklonku roku 2018 čínští vědci pod vedením Jiankui He oznámili, že se narodila dvojčata, kterým pomocí CRISPR-Cas9 upravili dědičnou informaci v naději, že děti budou po zbytek života odolné k HIV a budou uměle vzniklou vlohu pro tuto rezistenci předávat svým potomkům. Mezi těmi, kdo je jako první velmi ostře odsoudil byla „máti“ CRISPR-Cas9 Jennifer Doudna.

A jak je to s výše zmíněnými patenty? Doudna a Charpentier podaly patent na princip CRISPR-Cas9, který demonstrovaly na bakteriích. Tým z MIT podal patent na CRISPR-Cas9 pro eukaryotické organismy. Je jasné, že hlavní uplatnění najde CRISPR-Cas9 při zásazích do dědičné informace rostlin a živočichů včetně léčby člověka. Patentový úřad USA se zatím kloní k názoru, že Doudna a Charpentier mají patent jen na bakterie a tým MIT na „zbytek“. Berkeley se brání u soudu. Argument university v Berkeley, že použití CRISPR-Cas9 pro eukaryota je jen modifikací základního postupu, který si jako první nechaly patentovat Doudna a Charpentier, soud zatím odmítá akceptovat.

Čeština sice dovoluje dámám používat nepřechýlené příjmení (např. Anna Vopička místo dříve obvyklého Anna Vopičková), ale u cizích ženských jmen celkem umanutě trvá na přechylování. Měl bych tedy psát Jennifer Doudnová. Ale vypadá to divně. Takže se omlouvám všem „brusičům jazyka českého“ a nepřechyluji. Emmanuelle Charpentierová už vyhlíží o poznání lépe. Ale zase mi přijde trapné Doudna nepřechýlit a Charpentier přechýlit. Takže jednotně a mluvnicky špatně – Doudna a Charpentier.

První reakce nobelistek poté, co padl verdikt o ocenění jejich objevu: