Krok k nesmrtelnosti – metoda CRISPR-Cas9 přiblížila sny alchymistů o elixíru života na dosah, umožní editovat náš genom a tím i naši budoucnost

V DNA má jabloň zapsán přesný tvar, barvu a vůni plodů, i teplotu a čas pro jejich tvorbu. Losos má v genomu zapsánu cestu z řeky, kde se vylíhl, do oceánu a i cestu tisíce kilometrů zpět do svého rodiště, kde zplodí novou generaci. Pták má v genomu zapsánu písničku, s níž se vylíhne i schopnost naučit se složitější motivy. Četné studie přesvědčivě ukázaly, že větší část tělesných i duševních vlastností u  lidí  je  dána  geny  a  menší  část vyplývá z interakcí genů s  prostředím; stále  mizivější část
našich vlastností se jeví jako na genech nezávislá. Vliv genetiky na nemoci a stárnutí je většinou lidí uznáván; vlivu genetiky na IQ, chování, úspěšnost v životě, pocit štěstí a na sklony ke zločinnosti se mnoho lidí ještě vzpírá uvěřit. Výchova je samozřejmě důležitá, ale ta by nikam nevedla bez genetikou naprogramovaných paměťových struktur. Kus skály se nemůže naučit, že padat na projíždějící auto je škodlivé a nesprávné. Sériový vrah byl vychován stejně jako milióny jiných lidí, ale má ony paměťové struktury nějak pozměněné. Schopnost být ovlivněn prostředím a učit se je daná našimi geny a hlavně ony rozhodují, kým jsme a čím se staneme. Geny určují naše vlastnosti hlavně pomocí sledu písmen v textu DNA (genetika), a dále způsobem, jak jsou DNA a proteiny ji obalující (histony) chemicky modifikovány (epigenetika). Některé nemoci jsou způsobeny interakcí mnoha genů, na některé nemoci má vliv jeden gen, některé jsou dokonce způsobeny změnou pouze jednoho písmene v sekvenci DNA. I schopnost bránit se infekčním nemocem je geneticky závislá. Stárnutí je geneticky naprogramovaný proces. Schopností editovat naši DNA bychom získali schopnost editovat naši budoucnost.

Historie DNA není úplně mladá. DNA byla isolována z buněčných jader již v roce 1869. V letech 1944-1952 bylo prokázáno, že je nositelkou genetické informace, a v roce 1953 bylo zjištěno, že se skládá ze dvou kolem sebe stočených komplementárních vláken (dvoušroubovice). Informace je obsažena v sekvenci čtyř typů bází (písmen GACT), která vytváří text. Lidský genom (soubor chromosomů ve vajíčku) obsahuje 3,2 miliard písmen (asi metr dlouhá dvoušroubovice, 1/500 mikrometru široká, její text by popsal 1000 knih o 1000 stranách). Určit sled bází i těch nejkratších molekul DNA se zdálo ještě v roce 1973 nemožné, neboť vzorek DNA vždy obsahoval směs molekul o různém složení. Teprve objev restriktáz, enzymů štěpících DNA v místě o určitém sledu bází (4-7 bází), umožnil rozparcelovat DNA (a později celý genom) na menší definované úseky. (Restriktázy jsou součástí bakteriální obrany proti virům; bakterie v rozpoznávaném sledu cizí DNA štěpí a tím zničí, zatímco svou vlastní DNA mají v oněch sledech chráněnou chemickou modifikací.) V roce 1977 byla zveřejněna první sekvence DNA celého organismu – bakteriálního viru, jehož genom je tvořen asi 10 geny a má 5,386 bází. Lidský genom byl zhruba osekvenován v roce 2000. Dalším krokem v geneticko-inženýrském úsilí bylo přečtenou DNA modifikovat, k čemuž bylo do roku 2010 vyvinuto několik metod, které však byly velice pracné a ne dost přesné. Problém bylo najít systém schopný rozštěpit DNA v místě, které je třeba modifikovat a jen v tomto místě. Rozštěpení obou vláken v žádaném místě totiž umožňuje provést pomocí existujících metod v tomto místě jakoukoli plánovanou změnu.

Přelomovou byla publikace Jennifer Doudnové a Emanuelle Charpentierové v časopisu Science v roce 2012 o použití CRISPR-Cas9. Opět šlo o využití systému z obranného arzenálu bakterií; zatímco restriktázy jsou analogií k vrozené (nespecifické) imunitě u lidí, CRISPR připomíná získanou (specifickou) imunitu. CRISPR je úsek bakteriální DNA, v níž jsou zabudovány vzorky DNA z virů, s nimiž se bakterie setkala, a Cas9 je enzym štěpící DNA, která takové vzorky obsahuje. Při opětovném napadení virem, bakterie vyrobí komplex obsahující enzym Cas9 a molekuly RNA komplementární k oněm virálním vzorkům; komplex najde virální DNA a rozštěpí ji. Jmenované vědkyně systém zjednodušily a připravily k praktickému použití. Publikace Doudnové a kol. byla následována explozí dalších prací, které prokázaly universálnost metody a možnost modifikovat jakoukoli DNA, včetně lidské. Pomocí CRISPR-Cas9 byly vyvinuty metody na změnění celého druhu, například komára tak aby nemohl být infikován malárií, a byly ukázány cesty k úplnému vyhlazení celých populací. Stejnou metodu by samozřejmě šlo použít na vyhlazení lidských skupin anebo celého lidstva. Zatímco v roce 1977 nastal výbuch v počtu určených sekvencí DNA, o 40 let později jde o výbuch v počtu uměle změněných sekvencí DNA. Tenkrát šlo o to text přečíst, nyní jde o to jej editovat či zcela nově napsat.

  

Doudnová (University of California in Berkeley) a Charpentierová (Max Planck Institute for Infection Biology in Berlin) se přes noc staly celebritami, dostaly Breakthrough Prize v roce 2014 a byly jmenovány magazínem Time mezi 100 nejvlivnějšími lidmi roku 2015. Breakthrough Prize byla založena Markem Zuckerbergem a dalšími magnáty, aby konkurovala Nobelově ceně; každý výherce však dostává mnohem více než u Nobelovy ceny – 3 miliony dolarů. Obě vědkyně podaly patentovou příhlášku v roce 2012 a následující mezinárodní přihlášku v roce 2013, a včas založily startupové společnosti v očekávání stamilionových zisků při vývoji léků proti neléčitelných chorobám. Velikým překvapením bylo proto udělení amerického patentu na CRISPR-Cas9 méně známému vědci, 32 letému Feng Zhangovi (Broad Institute and MIT, Cambridge, Massachusetts). Zhang dostal v dubnu 2014 patent na použití CRISPR-Cas9 v eukaryotických buňkách. Byl sice v široké veřejnosti znám méně než proslavené vědkyně, ale v oboru se o něm vědělo, byl v těsném závěsu za Doudnovou. Půl roku po její publikaci o použití CRISPR-Cas9 v prokaryotických buňkách (= bakterie), publikoval Zhang v Science článek o použití CRISPR-Cas9 v eukaryotických buňkách (=zvířata a člověk). Doudnová předpokládala, že metoda bude fungovat ve všech buňkách, ale Zhang tvrdil, že přenos zkušenosti z jednoho typu buněk na druhý není samozřejmý, a že on byl první, kdo dokázal, že i v eukaryotech systém funguje. Fakt je, že po článku Doudnové ukázaly desítky prací fungování systému v eukaryotech bez zásadních problémů, což by inventivnost Zhangových pokusů vyvracelo, ale hodnocení inventivnosti (nezřejmosti) v patentové praxi je poněkud subjektivní, a Zhangovi patentoví zástupci jednali zcela optimálně. Nenárokovali použití v prokaryotech, využili možností urychlit examinaci a měli štěstí s examinátory; podařilo se jim získat pro klienty zlatý důl. Peníze samozřejmě jsou v léčení lidí a ne bakterií. Paradoxně, slavná Doudnová a její společnice, kteří podaly přihlášku před Zhangem, narazily u svých examinátorů na problémy; nakonec se jim podařilo rozšířit oblast vynálezu i na eukaryoty, ale teprve 23. prosince 2015 oznámil Americký patentový úřad Doudnové, že je ochoten udělit patent. Doudnová byla konkurencí zaskočena, a také si nebyla jista, zda její patent nebude v budoucnu protivníky napaden pro neoprávněné rozšíření nároků na eukaryoty, a proto se rozhodla hrát vabank. Nabízený patent nevzala a pokusila se o zrušení patentu svého protivníka – podala žádost o zahájení tzv. interferenční procedury. Postarala se tak ve vědeckém a patentovém světě o velkou senzaci.

Americký patentový zákon se tradičně lišil od ostatních zemí tím, že právo na vynález neměl ten, kdo první podal patentovou přihlášku, ale kdo první vynález vynalezl. Pretendent musel dokázat, že začal na vynálezu pracovat jako první a také jej dovedl k realizaci; k tomu sloužily například protokoly z laboratoře. Jestliže došlo ke sporu dvou uchazečů o patent na jeden vynález, měla v proceduře zvané „interference“ komise tří soudců rozhodnout, kdo první k vynálezu dospěl. V rámci globalizace rozhodl americký kongres zrušit toto pravidlo a stanovil datum 16. březen 2013 jako poslední den pro podání patentové přihlášky, která bude ještě mít právo tuto proceduru využít. Doudnová podala svou mezinárodní přihlášku, na níž byl americký patent postaven, 15. března 2013 – tedy jeden den před posledním dnem v historii pro aktivaci této exotické procedury, takže mohla o interferenci požádat, což učinila v lednu 2016. Tisk označoval spor jako největší patentovou a soudní bitvu v historii biotechnologie. Určitě šlo o poslední důležitou bitvu zahrnující intereferenci. 

Komise měla posoudit nejen, kdo byl první, ale i zda obě strany mají patentovatelný vynález. Během jednání ukázal Zhang sešity z laboratoře údajně dokazující, že nápad dostal jako první, ale právníci Doudnové tvrdili, že práce Zhanga byla odvozená a její výsledky očekávatelné. Větší šance byly dávány Doudnové, avšak 15. února 2017 komise rozhodla, že obě strany mají patentovatelný vynález nezávislý na druhé straně, a že vlastně žádný rozpor neexistuje. Soudci se báli miliard dolarů spojených s případem a nechtěli rozhodnout pro jednu či druhou stranu. Pro Zhanga to bylo vítězství, zůstal se svým patentem pokrývajícím lidské buňky, a Doudnová zatím zůstala v Americe bez patentu. Universita v Berkeley a Doudnová se odvolaly k vyššímu soudu, výsledky se čekají koncem roku. Doudnová mezitím dostala v květnu patent v Evropě, a jak je v patentech zvykem, procedury probíhají ve všech státech jinak a nezávisle. Tento případ vyvolal mnoho otázek. Například, jak je možné, že dvě strany, jejichž vynálezy se překrývají, dostaly obě patenty? Může Doudnová dostat Nobelovu cenu, když dostala Breakthrough Prize? Může Zhang dostat Nobelovu cenu, když byl pozadu za Doudnovou? Nejdůležitější a nejsložitější otázkou je, komu mají firmy využívající CRISPR-Cas9 technologii v různých zemích platit licenční poplatky?

Technologie CRISPR-Cas9 je sice posledním výkřikem v editování genomu, ale jistě ne posledním zlepšovákem v tomto oboru. Je třeba si uvědomit, že archea (společní předkové bakterií a lidí) a bakterie mají kromě Cas9, také Cas1, Cas2 a mnoho jiných systémů, které mohou poskytnout další metody pro editování genomu, a možná lepší než metody chráněné zmíněnými patenty. Není vyloučeno, že se objeví nové techniky, a jmenovaní vynálezci a vynálezkyně doplatí na to, že nebyli schopni postupovat společně.

Alchymisté usilovali o nalezení kamene mudrců, který by umožnil vzájemnou přeměnu prvků, a o nalezení elixíru života, který by léčil nemoci a zastavil stárnutí. Kalifornská universita v Berkeley, spolu s Lawrencovou národní laboratoří v Berkeley, která k universitě patří, se asi přiblížily k těmto cílům více než kdokoli jiný. V Lawrencově laboratoři přeměnili známé prvky na mnoho nových prvků, které jsou tisíckrát dražší než zlato, včetně Americia, Kalifornia, Berkelia, Lawrencia a Seaborgia; a na Kalifornské universitě přispěli k vytvoření metody, která může zvýšit IQ , vyléčit všechny nemoci a zastavit stárnutí. Ať patentový spor dopadne jakkoli, je jasné, že o našem osudu se nejedná u žádného soudu, a ani v žádné bitvě v Sýrii proti ISIS, ale v laboratořích fyziků, chemiků a biotechnologů, kde se rozhodne, jak budou lidé v budoucnu vypadat, jaké budou mít IQ, a zda budou morálnější, než jsme dnes my.