A modern biológia egyik legnagyobb vívmánya a géntechnológia (1), melynek alkalmazásával képesek vagyunk megváltoztatni a genetikai anyagot.

A génmódosításon alapuló technológiák felhasználási területe széles spektrumú, az alapkutatástól a biotechnológián keresztül a humángyógyászatig számos területet magában foglal. Ösztönösen érezzük, hogy a DNS manipulációjával valamilyen alapvető változtatást végzünk az élő szervezetben. Ha pedig rólunk van szó, a DNS-be való "piszkálást" egyenesen az emberi mivoltunkba való beavatkozásként értékeljük. A kérdés persze az, hogy valóban ördögtől való-e e technika alkalmazása - írja a gépnarancs.

A génsebészet eszköztára

A DNS célzott megváltoztatását az ún. restrikciós endonukleázok (2) Nobel-díjat érő felfedezése tette lehetővé. Ezek az enzimek bizonyos bázissorrendeket (3) ismernek fel (pl. az EcoRI enzim a GAATTC szekvenciát) és rendszerint ezen belül elvágják a DNS molekulát. E technológia használhatóságához szükség volt még az ún. DNS ligázra, amely az elvágott DNS darabokat összeilleszti. E két enzim lehetővé teszi, hogy bármilyen organizmusból származó DNS-t feldaraboljunk, majd ezeket a darabokat beépítsük egy ún. plazmizdba (4), amiket ezt követően baktériumokban felszaporíthatunk. Ezt a folyamatot nevezzük molekuláris klónozásnak (5).

Paráznak a kutatók

A géntechnológia alapjainak lerakását követően a kutatók nagy elánnal álltak neki a különféle forrásból származó DNS darabok klónozásának. Paul Berg Nobel-díjas kutató egy kisméretű DNS-el rendelkező majomvírus, az SV40 kólibaktériumban való klónozásán kezdett el dolgozni, de kételyei merültek fel a protokoll biztonságosságát illetően. Mivel az SV40 vírus rákot okoz, a kóli pedig az ember bélcsatornájában él, ezért a kutató úgy vélte, fennáll a veszély, hogy egy fertőzőképes, rákot okozó baktérium törzset állítunk elő. Egy másik aggály az inzulin génjének klónozása során lépett fel. Itt a rizikót abban látták, hogy az elszabadult rekombináns baktériumok által megfertőzött emberekben túltermelődhet az inzulin, akár halálos kimenetelű sokkot is okozván ezáltal. A kockázatok elkerülése végett Berg javaslatára a molekuláris biológusok 1973-74 között önkéntes moratóriumot hirdettek a genetikai módosítás minden formájára. A rekombináns technológia azonban óriási perspektívákkal kecsegtetett, ezért a kutatók folytatni szerették volna a munkát. 1975-ben a szakma prominensei egy konferenciát szerveztek a kaliforniai Asilomarban annak eldöntésére, hogy mi legyen az újdonsült rekombináns technológiák sorsa. Ezen a találkozón fektették le azt az alapelvet, mely szerint, amíg nem derül ki egy technikáról, hogy valóban veszélyes, addig úgy kell tekinteni, hogy nem az, viszont maximális biztonsági szabályok betartásával kell végezni az ilyen jellegű kísérleteket. Az egyik ilyen szabály az volt, hogy a rekombináns baktérium nem kerülhet ki a laboratóriumokból, ezért csak olyan kóli törzseket lehetett használni, melyeket genetikai módszerekkel alkalmatlanná tettek a „természetben” való szaporodásra. A médiában nagy visszhangot váltott ki az a tény, hogy maguk a kutatók aggodalmaskodnak a technikák veszélyességét illetően, megadván ezzel a későbbi laikus alaphangot.

Génterápia

A géntechnológia legfontosabb alkalmazási területe a gyógyítás. A génterápia nukleinsavak bejuttatása diszfunkcionálisan működő sejtekbe azon célból, hogy kijavítsuk a hibát. E technológiarendszer a genetikai betegségek gyógyításán túl alkalmazható még a szerzett nyavalyák, mint például a rák vagy a fertőzőbetegségek gyógyítására is. A génterápiának két eltérő következményekkel járó alkalmazása lehetséges: az egyik az ún. szomatikus génterápia, amikor csak a szervezet egyes sejtjeinek hibáit próbáljuk javítani génbevitellel, a másik pedig, amikor minden sejtben elvégezzük a korrekciót, ez a csíravonal génterápia. Az utóbbi megközelítést állatmodelleken sikeresen alkalmazzák, az ember esetében azonban tilos ez a beavatkozás. A szomatikus génterápia a múlt század ’80-as éveiben indult útjára, de néhány szerencsétlen kimenetelű próbálkozás beárnyékolta e megközelítés jövőjét, hosszú évekre Csipke Rózsika álomba kényszerítve törvényileg a technikát. A legelső áldozat a 18 éves Jesse Gelsinger volt, aki a génterápiát ellenzők körében szimbólummá vált. A fiú egyetlen gén mutációja által okozott anyagcsere betegségben, az ún. OTC deficienciában szenvedett. Ez az enzim az ammónia lebontásában játszik szerepet, hiánya súlyosan mérgező hatású. A szerencsétlen fiú halálát a génbevitelhez alkalmazott adenovírus vektor okozta. Sajnos, a beavatkozást végző orvos a preklinikai eseteknél fellépő szövődményeket nem említette meg, ezért könnyen magkapta az engedélyt. Egy másik eset: végstádiumú agydaganatban (glioblasztóma) szenvedő betegeket próbáltak rekombináns herpesz vírusokkal kezelni (a vírus szelektíven a tumorsejteket fertőzi), de a vírus megtámadta az agykamrákat körülvevő gliaszövetet (ependima) és ez időelőtti halált okozott. Az utóbbi években újra megkezdték az engedélyek kiadását és ma már sikerekről lehet beszámolni. Génterápiával legegyszerűbben egygénes betegségeket lehet gyógyítani, hiszen „csak” ki kell cserélni a hibás gént működőképesre. A tökéletes megoldás az lehetne, ha a megtermékenyítés előtt, vagy közvetlenül utána el lehetne végezni a protokollt, de az említett törvényi szabályozás miatt erre nincs lehetőség. A szomatikus génterápia elsődleges célpontja ma a csontvelő, melynek oka, hogy a szervezetben itt található a legtöbb felnőtt őssejt. A génterápia első sikere egy súlyos immunológiai betegség – a SCID egyik formájának (ADA deficiencia) – gyógyítása volt. Az ADA gén diszfunkciója működésképtelen B és T limfocitákat eredményez. A SCID-et hagyományosan rokonokból származó csontvelővel próbálják gyógyítani, de a kezelés az immunológiai összeférhetetlenség miatt gyakran kudarcra ítélt. A sikeres terápia során retrovírus vektorba épített ép ADA gént juttattak a betegek csontvelőből származó limfocitáiba, majd ezeket a sejteket visszajuttatták a beteg csontvelőjébe, ahol előzetesen elpusztították a beteg sejteket.

Az Európában leggyakoribb egygénes betegséget, a cisztás fibrózist a CFTR gén mutációja okozza. Ez a gén egy klorid ioncsatornát kódol, melynek hibája több szerv – elsősorban a tüdő és a hasnyálmirigy – működésére is kihatással van. A beteg tüdőt a normális CFTR gént kifejező rekombináns adenovírus inhalálásával kezelik. Az adenovírus DNS-e nem épül be az emberi genomba, ezért a protokollt gyakran ismételni kell, s ez a helyzet a technika legfőbb korlátja. Egy másik probléma az, hogy az adenovírus vektor nem kívánatos immunválaszt vált ki. Valódi megoldást a csíravonal génterápia jelentene.

A Parkinson kór első sikeres génterápiás kezelését – a GAD6 gén nucleus subthalamicus agyi magba történő bevitelét – ún. adeno-asszociált vírus vektorral végezték. Az első humán kísérletet 2003-ban hajtották végre, meggyőző klinikai sikerekről pedig 2011-ben számoltak be. Ez a beavatkozás nem szünteti meg az betegség okát – ami a substantia nigra nevű agyi magban a dopaminnal kommunikáló idegsejtek pusztulása – hanem csupán az épen maradt sejtek hatékonyabb működését segíti elő.

A génterápiás kísérletek egyik fő korlátozó tényezője a génbevitel alacsony hatékonysága a páciens testi sejtjeibe és azok DNS-ébe. A sejtekbe való génbevitelre jelenleg a vírusok a legalkalmasabbak, nekik ugyanis évmilliók álltak rendelkezésre különféle mechanizmusok kifejlesztésére. Ha eltávolítjuk a sejtmérgező hatást okozó géneket, egy kitűnő génbeviteli rendszer áll a rendelkezésre. Egy új technológia, az ún. CRISPR rendszer pedig a DNS-be való hatékony integráció problematikáját tűnik megoldani.

A génterápia perspektívája óriási, mivel betegségeink nagy többsége a genetikánkkal függ össze. A technológia elvileg nem csak egy gén által okozott betegségek gyógyítására alkalmazható, hanem célba vehetőek a nagyobb tömegeket érintő komplex betegségek is, mint a rák, a szívérrendszeri betegségek, stb.

Rekombináns fehérjék

A géntechnológia egy másik alkalmazási területe a rekombináns fehérjék előállítása. Az első ilyen termék a rekombináns inzulin volt. Az 1-es típusú diabetes oka, hogy a hasnyálmirigy inzulintermelő sejtjeit elpusztítja a páciens saját immunrendszere, ezért a vérben alacsony az inzulinszint. Korábban hullákból, majd ezt követően elsősorban sertések hasnyálmirigyéből nyerték ki ezt a hormont. A Hoechst cég például évente százezer malacot mészárolt le a pankreász kinyerése céljából. A géntechnológiai módszerekkel előállított inzulin tehát óriási jelentőséggel bír. Ma már számos egyéb rekombináns proteint is előállítanak, mint például a növekedési hormon, a szövet plazminogén aktivátor, a follikukusz stimuláló hormon, különböző interferonok, stb. Baktériumokban csak kisméretű, egyszerű szerkezetű fehérjék állíthatóak elő, mert a komplexebb proteinek helyes térszerkezetének kialakulásához eukarióta sejtek szükségesek.

Génmódosított kísérleti állatok

A géntechnológiát az alapkutatásban is számos feladatra alkalmazzák, ilyenek például a transzgénikus és génkiütött állatok (és növények) előállítása. A transzgénikus élőlények DNS-ében egy vagy ritkán több idegen gént juttatnak be. Az ilyen élőlények előállításának célja rendszerint az idegen gén funkciójának vizsgálata. A génkiütött (knockout, KO) élőlények esetében, éppen ellenkezőleg, a vizsgált egyedek egyik saját génjét inaktiválják, abból a célból, hogy kiderítsék, mi a kérdéses gén feladata a sejtben. A KO technikát gyakran alkalmazzák viselkedésmodellekben is, például a depressziókutatásban.

Génmódosított haszonnövények

A GMO rövidítéssel jelölt fogalmon a közfelfogás génmódosított mezőgazdasági haszonnövényeket ért, melyeket többnyire emberi vagy állati táplálkozás céljából termesztenek. A géntechnológia nagy kudarcát a GMO-khoz való társadalmi szintű negatív viszonyulás jelenti. A probléma részleteiről itt olvashatunk. A lényeg, hogy a fejlett országok, elsősorban Európa, hisztérikusan ódzkodik e szervezetek termesztésétől és fogyasztásától, ráadásul törvényileg tiltják is a termesztést.

Laikus aggályok

A géntechnológiát kialakulásától kezdve társadalmi aggodalom övezi. Vita alakult ki az egyes alkalmazási területekről, valamint a génmanipuláció egészét illetően. Sokan attól tartanak, hogy a kutatók különféle új fertőző betegségeket szabadítanak az emberiségre. Korábban például az a híresztelés kapott szárnyra, hogy az AIDS vírusát is a „tudomány” szabadította az emberiségre, konkrétan, a járványos gyermekbénulás elleni vakcinázással terjedt el. A vakcina vírust ugyanis majom sejtekben tenyésztik, amelyekben a feltételezések szerint ott lehetett a HIV. A vírus evolúciós genetikai vizsgálatai azonban bebizonyították, hogy e hipotézis téves, a HIV-1 a csimpánzról a HIV-2 pedig a kormos mangábé nevű majomról került át az emberre. A genetikai anyag megváltoztatása ellen ideológiai alapon is tiltakoznak. Ilyen érv például, hogy nincs jogunk beavatkozni az evolúció által létrehozott „természetes” állapotba. A Teremtő munkájába való belepiszkálást persze sokkal többen nehezményezik. Az ideológiai érvek mögött rendszerint nyilvánvaló ismerethiány rejtőzködik.

Tipikus hiba, hogy sokan nem tudják, a természetben sokkal nagyobb genetikai átrendeződések mennek végbe a mutációk és a szaporodással kapcsolatos genetikai rekombináció során, mint a génmódosítással. Egy másik ismerethiány diktálta hiba, hogy sokan nem tudnak különbséget tenni a testi és csíravonal sejteket érintő beavatkozások között, és csak az utóbbira fókuszálva, génmanipulált emberről vizionálnak. Micsoda szentségtörés, hogy valaki kékszeműre, barnább bőrűre, atletikusabbá, vagy okosabbra módosíttatná a leendő gyermekét. Ez képmutatás, mert, amikor partnert választunk, megvannak a saját preferenciáink e sajátságokat illetően, tehát igencsak beleszólunk a még meg sem született gyermekeink életébe. Az őssejtek és azok genetikai manipulációját illetően is folyik a vita (erről itt olvashatunk).

Az embert érintő génmódosítás mellett párhuzamosan egy másik vihar tombol, nevezetesen a haszonnövényeket érintő genetikai módosítás kapcsán (ld. GMO-kkal kapcsolatos link).

Néhány érdekesség a továbbiakban. Az ún. Glo fish egy olyan hal, amely megvilágítás hatására különböző fluoreszcens színekben pompázik. Irracionalizmusba hajló vitákat váltott ki az USÁ-ban és Európában is e génmódosított akváriumi halak forgalmazása. Az amerikaiak pragmatikusabbak: szakhatóságuk, az FDA kijelentette, hogy mivel e világító halacskák az égvilágon semmilyen veszélyt nem jelentek az emberiségre, nem is engedélykötelesek. Az EU nem ilyen szabad felfogású, tudomásom szerint egyes országokban még ma is tilos a Glo fish kereskedelme. Létrehoztak betegséget nem terjesztő maláriaszúnyogot is, amely a vadtípusnál nagyobb fitnesszel rendelkezik, tehát elvileg elszaporodna. Erre azonban nincs engedély, mondván, hogy egy transzgénikus élőlény felbecsülhetetlen ökológiai következményekkel járhat. Megjegyzem, a mérleg másik serpenyőjében milliók malária általi halála áll. Egy másik fertőző betegség a leishmaniasis ellen is állítottak elő rekombináns szúnyogot. Ez a rekombináns vérszívó mikro fecskendőként injektálná a páciensekbe a kórokozó elleni vakcinát, persze csak, ha zöld utat kapna a használata.

Utószó

Az orvostudomány az egyéni életminőség jelentős javulását eredményezte, a populációra azonban valószínűleg kedvezőtlen hatással jár a természetes szelekció kikapcsolása miatt felhalmozódó genetikai hibák következtében. E trendre vonatkozóan nincs sok vizsgálati anyag,  de a logikai szükségszerűség ezt diktálja. Az orvoslásnak kell megoldania ezt az általa okozott problémát. Az igazi megoldás a csíravonal génterápia lenne, de sajnos ez a megközelítés jelenleg törvényileg támogatott össznépi ellenállásba ütközik. A GMO-kkal kapcsolatos negatív szabályozási környezet is jelentősen veszélyezteti az EU versenyképességét. A nyugati civilizáció az értelem és a tudomány fellegvára. Viselkedjen hát ekként ezekben a kérdésekben is.

Fogalom magyarázat

1. Géntechnológia Használjuk még a rekombináns géntechnológia és génsebészet kifejezéseket is. A génsebészet szót Venetianer Pál akadémikus vezette be a hazai köznyelvbe a „genetic engineering” kifejezés fordításaként.
2. Restrikciós endonukleázok olyan enzimek, amik rövid DNS szakaszokat ismernek fel, és vágnak el. A restrikciós enzimek eredeti funkciója a baktériumok védelme a vírusaikkal szemben. A baktériumok a saját DNS-üket úgy védik meg a restrikciós enzimjeikkel szemben, hogy a szekvenciákra egy metil csoportot helyeznek, s így az enzim nem képes felismerni azokat.
3. Bázis A DNS-t felépítő nukleotidok alkotórésze. A négyféle bázis (A, T, G, C) sorrendisége határozza meg az örökítő anyag által hordozott információt.
4. Plazmid A baktériumok genomiális DNS-étől elkülönülő, kis, kör alakú DNS-e, amely különféle géneket hordozhat, pl. antibiotikumok elleni rezisztenciát.
5. Molekuláris klónozás Egy DNS darab megsokszorozása sejtekben. Rendszerint plazmidok baktériumokban való szaporításáról van szó. A PCR technika is DNS darabokat szaporít fel, de nem sejtes közegben.
6. A GAD a GABA idegi átvivő anyag képződésében szerepet játszó enzim, melynek túltermeltetése a gátló neuronok erőteljesebb gátlófunkciójában nyilvánul meg.

gepnarancs.hu