Dla starożytnych Greków chimera była złowieszczym stworzeniem - częściowo lwem, częściowo kozą, a częściowo wężem. Pierwsza chimera, którą Juan Carlos Ispisua Belmonte stworzył w 1992 roku, była znacznie mniej przerażająca: składała się z kończyny embrionalnej myszy wszczepionej w skrzydło zarodka kurczaka. W tym czasie Belmonte był młodym naukowcem pracującym w laboratorium w Heidelbergu w Niemczech. Był zafascynowany tajemnicami ekspresji genów - biologicznymi sygnałami kierującymi rozwojem zwierząt - i samym potencjałem komórek embrionalnych.
Weź dowolnego kręgowca: kurczaka, świnię, człowieka. W wieku dojrzałym okazują się zupełnie innymi organizmami, ale zaczynają od prawie tego samego. Belmonte zaczął się zastanawiać: jeśli stopa myszy może zakorzenić się na skrzydle kurczaka, co innego mogłoby być możliwe? Jak inaczej naukowcy mogą zmienić sygnały decydujące o tym, czym będzie istota?
Czy można wyhodować inne z jednego stworzenia?
Zainteresowanie Belmonte elastycznością embrionów było w pewnym sensie osobiste. Jako dziecko biednych, słabo wykształconych rodziców na wsi w południowej Hiszpanii, był zmuszony na kilka lat porzucić szkołę, aby utrzymać rodzinę, pracując na farmie. Dopiero w wieku młodzieńczym wrócił na zajęcia - i od tego momentu szybko przeszedł od filozofii (jego ulubieńcami byli Nietzsche i Schopenhauer) do farmakologii i genetyki.
Do 2012 roku Belmonte stał się jednym z czołowych biologów na świecie, pracując we własnym laboratorium w Salk Institute w La Jolla w Kalifornii, a innym w rodzinnej Hiszpanii. Podobnie jak jego koledzy na całym świecie, zastanawiał się, jak wykorzystać potężne nowe narzędzie w arsenale tej dyscypliny - platformę edycji genów CRISPR-Cas9. Po pierwszych poważnych pracach nad CRISPR Belmonte szybko znalazł cel. W samych Stanach Zjednoczonych w dowolnym momencie na liście oczekujących na przeszczep narządów znajduje się około 100 000 osób, a około 8 000 z nich umiera każdego roku z powodu braku dawców. Zdaniem Belmonte rozwiązaniem może być CRISPR i chimery. Miał nadzieję, że wykorzysta nową technikę edycji genów, aby zamienić ciała bydła w inkubatory ludzkiego serca, nerek, wątroby i płuc.
Poszukiwania Belmonte rozpoczęły się od badań na myszach. Używając CRISPR, on i jego zespół usunęli geny, które pozwoliły zwierzętom wyhodować wiele narządów, w tym oczy, serce i trzustkę. Zamiast pozwolić tym zmienionym mysim embrionom rozwijać się samodzielnie, naukowcy Salka wstrzyknęli do mieszanki kilka szczurzych komórek macierzystych. Następnie komórki szczura zastąpiły brakujące narządy, a zwierzęta żyły normalnie. Do 2017 roku Belmonte i jego koledzy przeszli na większe tematy. Wstrzyknęli ludzkie komórki macierzyste do 1500 zarodków zwykłej świni, a następnie wszczepili je lochom. W ciągu około 20 dni niektóre z nich zamieniły się w chimery świń-ludzi. To był skromny sukces. Zarodki były bardziej świńskie niż ludzkie: na 100 000 komórek świni przypadał 1 człowiek. Ale eksperyment się powiódł: były to pierwsze chimeryczne embriony powstałe w wyniku fuzji dwóch dużych, odlegle spokrewnionych gatunków.
Film promocyjny:
Podobnie jak w przypadku myszy i szczurów, Belmonte planuje użyć CRISPR, aby wyłączyć chęć świni do tworzenia własnych narządów, a następnie wypełnienia luki ludzkimi komórkami. Ale drugi krok - sprawienie, by ludzkie komórki zapuściły korzenie u świń w szybszym tempie - okazał się cholernie trudny. „Wydajność myszy-szczurów jest bardzo dobra. Wydajność człowieka-świni nie jest zbyt wysoka. To jest problem. Obecnie laboratorium Belmonte przechodzi złożony proces prób i błędów - naukowcy testują, w jaki sposób różne komórki zwierząt i ludzi oddziałują ze sobą, mając nadzieję na zastosowanie wyników badań do chimer świń i ludzi. Ale nawet ten żmudny proces, zdaniem naukowców, przebiega bardzo szybko, jak na standardy poprzednich lat. Tradycyjnymi metodami zajęłyby „setki lat”. Ale dzięki CRISPR możemy bardzo szybko zebrać wiele genów i je zmodyfikować.
Jeśli CRISPR pomógł Belmonte w realizacji jego ambicji, wysłał go także do jednej z najtrudniejszych etycznych dziedzin nauki. Starożytni postrzegali chimery jako zły omen, a współcześni ludzie postrzegają je w ten sam sposób - zwłaszcza gdy zaciera się granica między człowiekiem a zwierzęciem. W swoim przemówieniu z 2006 r. Prezydent USA George W. Bush nazwał tworzenie takich hybryd jednym z „najbardziej rażących nadużyć w badaniach medycznych”. W 2015 roku Belmonte dowiedział się, że został nominowany do nagrody Pioneer, jednego z najbardziej prestiżowych i hojnych stypendiów National Institutes of Health. Potem okazało się, że praca na tej linii została zawieszona - ze względu na jego pracę z chimerami. W tym samym roku NIH zawiesił fundusze federalne na jakiekolwiek badania nad implantacją ludzkich komórek macierzystych do embrionów zwierzęcych.powołując się na potrzebę refleksji nad kwestiami etycznymi. Rok później obiecano, że moratorium zostanie anulowane, ale jak dotąd nie ma finansowania. Belmonte ostatecznie zdobył nagrodę Pioneer Award, ale większość swoich eksperymentów ze świniami w Hiszpanii przeprowadził na własny koszt.
John de Vaux, dyrektor Wydziału Inżynierii Komórkowej i Tkankowej w Szpitalu Uniwersyteckim Montpellier we Francji, z łatwością przedstawia najgorsze scenariusze z udziałem świńskich chimer. Na przykład, jeśli zbyt wiele ludzkich komórek dostanie się do mózgu świni, wówczas zwierzę mogłoby teoretycznie rozwinąć nowe typy świadomości i inteligencji. (W 2013 roku naukowcy z Rochester w stanie Nowy Jork wstrzyknęli myszom ludzkie komórki mózgowe - i myszy były mądrzejsze niż ich rówieśnicy). „Byłoby okropnie wyobrazić sobie formę ludzkiej świadomości uwięzionej w ciele zwierzęcia” - mówi de Vaux. A co by było, gdyby naukowcy nieumyślnie stworzyli świnię, która potrafiłaby nadać sens własnemu cierpieniu z poczuciem moralnej niesprawiedliwości? Nawet gdybyś mógł zabić zwierzę, aby pobrać jego narządy, z czym wielu działaczy na rzecz ochrony zwierząt by się nie zgodziło, bez wątpieniabyłoby potwornym zabicie istoty z humanoidalnym intelektem w celu usunięcia jej trzustki.
Belmonte oferuje bezpośrednie rozwiązanie tego problemu: potrzeba więcej CRISPR. Powiedział, że dzięki edycji genów naukowcy mogą zapobiec kolonizacji mózgów świń przez ludzkie komórki. Takie interwencje mogą zapobiegać przedostawaniu się ludzkiego DNA do świńskiej linii zarodkowej, tak aby nie zostało przekazane przyszłym prosiętom. To kolejny scenariusz, który sprawia, że bioetyka marszczy brwi. „W laboratorium istnieją technologie, które mogą pomóc nam uniknąć tych problemów etycznych” - mówi Belmonte.
Badania chimery to tylko jeden z głównych kierunków badań w laboratorium 58-letniego Belmonte przy użyciu CRISPR. On i jego zespół prowadzą również wiele eksperymentów z edycją epigenetyczną, odmianą CRISPR, która raczej moduluje ekspresję genów niż przerywa samą sekwencję DNA. Dzięki temu objawy cukrzycy, chorób nerek i dystrofii mięśniowej u myszy ulegają całkowitemu odwróceniu. Można powiedzieć, że naukowcy próbują przezwyciężyć samo starzenie się.
„Przesuwa granice tego, do czego jesteśmy obecnie zdolni” - mówi Pablo Juan Ross, profesor na Wydziale Zoologii Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis, który eksperymentuje z chimerami na świniach i owcach we własnym laboratorium. Obaj naukowcy są zainteresowani udowodnieniem wartości edycji genów i tworzenia chimer. Ross zakłada, że nie możemy porzucić technologii, która pozwoli nam hodować narządy u zwierząt bez czekania, aż kolejny nastolatek zginie w wypadku samochodowym.
Ale Belmonte się nie spieszy, pomimo własnej niecierpliwości. Postanowił zniszczyć pierwsze płody embrionów chimerycznych świń w pierwszym trymestrze, nie czekając, aż rozwiną się w coś bardziej złożonego etycznie - pomimo tego, że w Hiszpanii, gdzie były wychowywane, zasady pozwalały Belmonte zabijać zwierzęta w dowolnym momencie. I jest nieufny wobec edycji genów u ludzi. „Musimy nauczyć się dużo więcej, zanim zaczniemy stosować CRISPR u ludzi” - mówi. „Nie odważyłbym się jeszcze zabrać go poza laboratorium”.
Postęp powinien dotyczyć nie tylko nauki. Musi również odbyć się gruntowna debata na temat edycji genów - i musi być głos nie tylko wśród naukowców, ale także wśród lekarzy, opinii publicznej i rządu. De Vaux zgadza się z tym stwierdzeniem: „Einstein przeprowadził podstawowe badania w dziedzinie fizyki. Ale na poziomie krajowym zdecydowano się zastosować te wyniki do zbombardowania Hiroszimy, a nie na poziomie naukowców.
Belmonte jest głęboko przekonany, że naukowcy są dziś bliscy wyleczenia chorób, cofnięcia procesu starzenia się i ratowania życia dzięki wyrosłym narządom. Może zmienić naszą własną ewolucję, nasz własny gatunek.
Zgadzasz się z nim?
Ilya Khel