Sel nädalal (07.10.2020) kuulutati välja selle aasta Nobeli preemia saajad keemias - Emmanuelle Charpentier (51) ja Jennifer Doudna (56) - uue DNA muutmise metoodika avastamise eest. On loogiline, et see töö leidis väärilise tunnustuse, sest vähem kui kümne aastaga on nende avastused jõudnud kaasaegsetesse tehnoloogiatesse. Kuid see töö on tõstatanud ühiskonnas mitmeid küsimusi ja uusi eetilisi probleeme.

Miks antakse keemia valdkonna preemia molekulaarbioloogia töö eest?

Lugejate jaoks võib esimeseks küsimuseks olla see, et mis on ühist molekulaarbioloogial keemiaga? Kus lõpeb üks ja algab teine teadusala? Ühelt poolt saab vastuseks öelda, et üle-eelmise sajandi lõpul kui Nobeli preemia valdkondi määrati, ei olnud molekulaarbioloogiat veel olemas. Teiselt poolt, kuigi molekulaarbioloogia on ülesehitatud geneetiliste pärilikkusega seotud mehhanismide lahti mõtlemiseks, on algusest peale selles valdkonnas kasutatud ja edasi arendatud keemial põhinevaid tehnikaid. Näiteks, 1958. aastal sai laureaadiks Frederick Sanger, kes töötas välja valkude, sealhulgas elupäästva insuliini, aminohapete järjestuse määramise meetodi. 1980. aastal jagasid auhinda Frederick Sanger ja Walter Gilbert, kes lõid keemilised meetodid teise biomolekulide klassi, DNAde, järjestuse määramiseks. Nendel baseerub ka Inimese genoomi järjestuse määramine.

Siis kui valkude ja DNA järjestuste määramine muutus igapäevaseks reaalsuseks, oli loogiline, et teades aminohapete ja nukleotiidide järjestusi, pakub inimestele huvi, kuidas luua uusi valke. Kuid see võttis aega, sest tuli avastada uusi tehnoloogiaid. 1993. aastal tunnustati Kary B. Mullist polümeraasi ahelreaktsiooni (PCR) väljatöötamise eest koos Michael Smithiga, kes töötas välja saitspetsiifilise mutageneesi (site-specific mutagenesis) ehk viisi, kuidas saab olemasolevat DNAd muuta. Selle abiga sai uurida, milliseid aminohappeid on vaja proteiinide sidumissaitides ja luua märksa efektiivsemad ensüümid, mida kasutatakse näiteks ka pesuvahendites lisandina. 2018. aastal, tunnustati Frances Arnoldit, George Smithi ja Gregory Winterit suunatud evolutsiooni (directed evolution) ja faagi kuvamise (phage display) meetodite arendamise eest, ehk meetodite eest, mis annavad võimaluse kiirendada uute omadustega proteiinide loomist ja biomolekulide omavaheliste interaktsioonide tuvastamist.

CRISPR/Cas9

CRISPR/Cas9 on loogiline jätk selles seerias, sest just selle meetodiga saab nüüd väga suure täpsusega muuta DNAd elavates rakkudes ja organismides. Sellist läbimurret oodati väga kaua, kuna varem mainitud saitspetsiiflist mutageneesi saab kasutada ainult labori tingimustes. Ka alternatiivsetel genoomi muutmise viisidel, kasutades transkriptsiooni aktivaatoriga sarnase efektor-ja tsinksõrme nukleaase (TALEN ja ZFN), on palju puudusi. Kuigi ka neid on katsetatud nii mõnegi haiguse ravimise puhul.

CRISPR/Cas9 lugu pakub huvi paljudest aspektidest ning see saab alguse sellest, et väiksemate organismide, eelkõige bakterite, immuunsusmehhanismid ei saa olla nii keerukad, kui nad on imetajatel, sh inimestel.

CRISPR/Cas9 juhtumi puhul oli esmalt oluline aru saada sellest, kuidas bakterid ennast võõra DNA eest kaitsevad. Siis, kui need mehhanismid olid teada, oli vaja leida võimalusi, kuidas neid baktereid saaks molekulaartasemel „ümberprogrammeerida" selliselt, et neid saaks kasutada mis tahes genoomi modifitseerimiseks.

Nobelistid

Tänavune preemia on kahe naisteadlase, Emmanuelle Charpentieri (51) ja Jennifer Doudna (56) lugu. Neil on palju ühist - mõlemad on noored ja karjääri jooksul liikusid palju erinevate teadusasutuste vahel. Professor Charpentier omandas doktorikraadi Pasteuri Instituudis Pariisis, millele järgnes järeldoktorantuuri periood mitmes asutuses USA-s ja siis iseseisva teadlase/grupijuhi kohad Austrias, Rootsis ja Saksamaal. Professor Doudna omandas doktorikraadi Harvardi meditsiinikoolist, oli Colorado Boulderi ülikoolis järeldoktorantuuris ja juhtis oma uurimisrühma Yale'is ja hiljem UC Berkeleys. Nende karjääri ühiseks jooneks on suur kokkupuude erinevate tehnikatega, mis on keemia ja bioloogia piiril, alates biokeemiast kuni kristallograafiani ja bakterigeneetikast kuni naha bioloogiani. Sellist laialdalist ekspertiisi saab omandada ainult töötades erinevates asutustes erinevate projektide juures. Mõlemad teadlased alustasid oma iseseisvat karjääri 2002. aastal, ehk 30-aastastena, mis on näiteks Eestis endiselt üsna haruldane nähtus. Mõlemad uurijad tegid oma esialgsed avastused mitte ainult oma karjääri alguses, vaid see revolutsiooniline lahendus sündis ühise koostööna. Kui professor Charpentierilt päriti, mis tunded tal on seoses Nobeli preemia saamisega, vastas ta: „Minu soov on, et see annaks positiivse sõnumi just noortele naistele, kes sooviksid oma elu pühendada teadusele, ja näidata neile, et ka naisteadlased suudavad auhindu võita. Kuid mis kõige tähtsam, et naisteadlastel on võimalik avaldada oma uuringutega mõju ühiskonnale."

Avatud küsimused

Üheltpoolt see, mis CRISPR/Cas9 meetodi eristab, on selle kasutajasõbralikkus. Teistpoolt loob see aga ka uusi väljakutseid. Selle meetodi lihtsus ja robustsus aitas kaasa selle kohesele kasutuselevõtule mitmes valdkonnas, alates biotehnoloogiast (kuidas uute ravimite leidmist kiirendada) kuni põllumajanduseni (GMO-toidud), haiguste ravimisest, nagu on üherakuline aneemia, kuni geneetiliselt muundatud lasteni. Uus tehnoloogia esitab meile kui ühiskonnale uusi väljakutseid, sest CRISPR/Cas9 toob meid sammu lähemale mitte ainult geneetiliselt muundatud toidule, vaid ka geneetiliselt muundatud imikutele ja loob vaakumi nii seadusandluses kui ka eetikas üleüldse. Näiteks, kuidas uuesti defineerida, mis on GMO-toit ja mida selleks ei loeta? 2020. aasta auhinna taga olev tehnoloogia mõjutab ühiskonna struktuuri ja toob rambivalgusse mitu uut eetilist küsimust.

Intellektuaalomand

CRISPR/Cas9 varajane tunnustamine võimeka tehnoloogiana on tekitanud ka teadusasutuste rollide ümberhindamise. Suured, autonoomsed ülikoolid tihti tegutsevad korporatsioonidena kaitses ja turustades oma intellektuaalomandit. Nii murrangulised kui järkjärgulised uuendused aktuaalsetes valdkondades annavad võimaluse leida stardikapitali, aga vajavad tuge ja kompetentsi pikaleveninud juriidiliste vaidluste osas. Kuigi Charpentier ja Doudna tegid avastused bakterites ja patenteerisid CRISPR/Cas9 tehnoloogiat esimestena, siis Bostonis asuva maineka Broad instituudi teadlane Feng Zhang tuli välja lahendusega, mis võimaldas töötamist ka märksa keerulisemate organismidega sh inimese rakkudega. Juuridiline vaidlus kahe osapoole vahel jätkub tänase päevani.

Lõppkokkuvõte

Selle aasta Nobeli preemia keemias näitab, kui mitmekesine on tänapäevane teadus. See tõestab veelkord, et ülikoolide roll ei ole enam ainult kõrghariduse andmine, vaid fookus on suunatud ühiskonna probleemide lahendamistele läbi innovatiivsete lahenduste ja atraktiivsete kaas- ja ühistöö keskkondade loomisele.