Dr. C. Patinios apie genomo redagavimo potencialą gydant genetines ligas

Jei tikrai suprastume, kaip veikia genomo redagavimas, jau būtume išgydę visas genetines ligas, išsprendę pasaulio badą, nes galėtume saugiai redaguoti bet kurio organizmo genomą, sako Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centre (VU GMC) veikiančio EMBL partnerystės instituto mokslininkas dr. Constantinos Patinios. 

Dr. C. Patinios laboratorija kuria naujos kartos genomo redagavimo įrankius, siekdama atsisakyti DNR kirpimo principo ir pasiekti maksimalų tikslumą bei saugumą. Mokslininko akademinis kelias apima augalų biotechnologijos studijas Wageningeno universitete Nyderlanduose, darbą su mikroorganizmais ir CRISPR-Cas technologijomis Nyderlanduose, o nuo 2025 m. pradžios jis dirba Lietuvoje. 

Sausio pabaigoje paskelbta, kad mokslininkas pelnė prestižinę Europos molekulinės biologijos organizacijos (EMBO) laboratorijų kūrimo dotaciją.

Jūsų laboratorijos dėmesio centre – naujos kartos genomo redagavimo įrankiai. Ką tiksliai tai reiškia?

Pirmiausia svarbu paaiškinti, kas yra genomo redagavimas, kad nekiltų nesusipratimų. Genomo redagavimas – tai mūsų gebėjimas pasiekti organizmo genetinę medžiagą, DNR, nesvarbu, ar tai būtų bakterija, augalas, ar žmogus, ir ją pakeisti. O kai sakome „pakeisti“, turime omenyje skirtingus veiksmus, nes galime įterpti papildomos DNR į jau egzistuojantį genomą, galime pašalinti tam tikrą DNR fragmentą arba galime vieną DNR seką pakeisti kita.

Iki šiol genomo redagavimui mokslininkai dažniausiai naudojo gana grubius metodus, kurie iš esmės remiasi genomo kirpimu. Genomas yra perkerpamas, o tada bandoma jį „susiūti“ atgal kartu su norimais pakeitimais – ar tai būtų pakeitimas, pašalinimas, ar įterpimas. Tačiau genomo kirpimas nėra idealus sprendimas. Jei genomas neatsistato, tai gali sukelti toksiškumą – tai vienas didžiausių trūkumų. Jei ji atsistato, dažnai tai vyksta netiksliai, gana chaotiškai. O mes, jei jau redaguojame genomą, siekiame absoliutaus tikslumo.

Nuo tada, kai atsirado modernūs genomo redagavimo įrankiai, tokie kaip CRISPR-Cas, mokslininkai pradėjo ieškoti alternatyvų genomo kirpimui. Svarbu pabrėžti, kad pirminės CRISPR-Cas sistemos taip pat veikė kirpimo principu. Buvo padaryta pažanga, tačiau vis dar neturime universalaus sprendimo, kuris tiktų visiems atvejams. 

Mano laboratorijos tikslas – sukurti tokį universalų metodą, leidžiantį redaguoti genomą jo nekirpant, išlaikant labai aukštą specifiškumą ir tikslumą, darant įvairaus pobūdžio pakeitimus. Būtent tai ir vadinu naująja karta.

Kada susidomėjote genomo redagavimu? Ar tai buvo pirmasis jūsų mokslinis interesas?

Apie genomo redagavimą sužinojau bakalauro studijų metu. Tuomet susidomėjau galimybe modifikuoti augalų genomą, kad būtų galima pagerinti jų savybes – pavyzdžiui, padaryti juos atsparesnius patogenams, aukštai temperatūrai, sausrai ar dirvožemio druskingumui. Tokie pokyčiai gali pagerinti augalų derlių ir maisto gamybą, o tai leidžia aprūpinti daugiau žmonių maistu.

Tai buvo mano pirmasis susidūrimas su genomo redagavimu, ir jis mane sužavėjo – pakeitus kelis genus galima iš esmės pagerinti organizmo savybes. Remdamasis šiuo susidomėjimu pasirinkau augalų biotechnologijos magistrantūros studijas Wageningeno universitete Nyderlanduose – vienoje stipriausių pasaulyje institucijų šioje srityje. Ten gilinausi į augalų sąveiką su patogenais ir aplinka bei mokiausi naujausių molekulinių metodų, leidžiančių tobulinti augalus. Nors egzistuoja tradicinė selekcija, kai kryžminamos skirtingos veislės, mane labiau domino genomo redagavimas kaip greitesnis ir, mano nuomone, saugesnis metodas.

Vėliau pradėjau dirbti ir su mikroorganizmais – redaguoti jų genomą siekiant, pavyzdžiui, gaminti biokurą ar kitus junginius, naudojamus biotechnologijose ar terapijoje.

Kaip jūsų karjeroje atsirado VU GMC ir partnerystė su EMBL?

Tuo metu buvau podoktorantūros tyrėjas Helmholtzo RNR tyrimų institute Vokietijoje, dirbau prof. Chase’o Beiselio laboratorijoje, kuris yra vienas CRISPR-Cas srities lyderių. Buvau karjeros etape, kai ieškojau kito žingsnio. Visada norėjau tapti grupės vadovu.

Atsiradusi galimybė buvo per gera, kad ją praleisčiau. Ji suteikė startinį finansavimą laboratorijai kurti tokiu tempu ir mastu, kokio siekiau. Turėjau prieigą prie reikalingos infrastruktūros, stiprios mokslinės aplinkos ir galimybę įgyvendinti savo tyrimų kryptis. Be to, Vilnius man labai gražus. Viskas susidėliojo taip, kad sprendimas atvykti čia buvo natūralus.

Paminėjote finansavimą, kiek šiuolaikinį mokslą lemia smalsumas, o kiek – finansavimo logika?

Galbūt esu dar per jaunas šiai sistemai vertinti, tačiau, mano nuomone, apie 20–30 proc. sudaro smalsumas, o 70–80 proc. – finansavimo logika.

Gyvename pasaulyje, kuris nuolat ieško kito didelio proveržio – to, kas „parduodama“. Nesvarbu, ar tai sveikatos gerinimas, ar kokios nors rūšies išsaugojimas – jei tai rūpi daugeliui, bus finansuojama. Jei rūpi mažai kam – finansavimo nebus.

Vien smalsumo nepakanka. Reikia parodyti, kokį poveikį tyrimas turės visuomenei, ar iš jo gali atsirasti visuomenei naudingas produktas, kaip jis gali būti pritaikytas praktikoje. Tyrėjas turi gebėti įtikinti kitus, kad jo darbas yra svarbus.

Vis dėlto, mano supratimu, šiuo metu finansavimas veikia būtent taip. Tačiau, mano nuomone, santykis turėtų būti 50 ir 50 – pakankamai lėšų turėtų būti skiriama smalsumu grindžiamiems fundamentiniams tyrimams ir pakankamai – taikomiesiems tyrimams. Jei nebūtų buvę finansavimo smalsumu grįstiems tyrimams, CRISPR-Cas ir kitos genomo redagavimo technologijos niekada nebūtų pasiekusios rinkos.

Ką genomo redagavimo srityje mes galvojame, kad suprantame, bet iš tiesų dar ne?

Manome, kad suprantame, kaip atlikti genomo redagavimą. Jei iš tikrųjų suprastume visas detales, jau būtume išgydę visas genetines ligas, redagavę visų organizmų genomus ir išsprendę pasaulio bado problemą.

Vis dar trūksta fundamentalaus supratimo apie daugelį proceso elementų. Pavyzdžiui, kaip selektyviai nutaikyti vieną konkrečią genomo vietą nepaveikiant kitų – tai yra specifiškumo klausimas. Kaip visada įvesti tiksliai norimą pakeitimą būtent toje vietoje – tai tikslumo klausimas. Kaip užtikrinti, kad redagavimas būtų atkuriamas ir nuoseklus visose ląstelėse – tai pastovumo klausimas. Kol neatsakysime į šiuos klausimus, iki visiško supratimo dar liks nemažas kelias.

Ar dažnai abejojate savo hipotezėmis? Gal galite pateikti konkretų pavyzdį?

Abejojame savo hipotezėmis nuolat, kasdien. Mus džiugina duomenys, kurie patvirtina hipotezę, bet dažnai surinkus daugiau duomenų paaiškėja, kad ji nebegalioja. Tuomet turime ją peržiūrėti, patikslinti ir vėl grįžti į laboratoriją rinkti naujų duomenų, kol susiformuoja tikslesnis sistemos vaizdas.

Neseniai turėjome hipotezę, kad mūsų kuriamas genomo redagavimo įrankis bus labai tikslus ir preciziškas, nes teoriškai taip turėjo būti. Tačiau išbandę jį mikroorganizme E. coli pastebėjome daugybę netaikinių efektų – įrankis buvo toks toksiškas, kad sunaikino beveik visas ląsteles. Tai privertė mus iš naujo pergalvoti pradinę hipotezę, ją koreguoti ir ieškoti saugesnio sprendimo.

Kaip padedate savo komandai susidoroti su nusivylimu, kai eksperimentai nepavyksta?

Sakau savo studentams ir kolegoms, kad ši sritis yra griežta, nes patiriame nesėkmę 99 proc. laiko. Mokslui reikia kantrybės. Tai nėra procesas, kai visiškai suprantame sistemą ir galime ją tiesiog sukonstruoti taip, kaip norime. Tai nuolatinis bandymų ir klaidų procesas.

Kai eksperimentas nepavyksta, gali atrodyti, kad žengiame žingsnį atgal. Tačiau iš tikrųjų žengiame į priekį, nes sužinome, kas neveikia. O žinojimas, kas neveikia, yra būtina sąlyga atsakymui rasti. Stengiuosi motyvuoti komandą, paaiškinti, kad tai yra mokslo prigimtis. Kai hipotezė pasitvirtina ir eksperimentas pavyksta, tas jausmas yra labai stiprus ir atperka visas nesėkmes.

Ar vis dar jaučiate atradimo džiaugsmą taip pat stipriai kaip karjeros pradžioje?

Nuoširdžiai tikiuosi, kad niekada nepriprasčiau prie to jausmo, nes būtent jis mane kasdien motyvuoja eiti į darbą. Sakyčiau, kad dabar mano entuziazmas net didesnis nei anksčiau, nes dalyvauju daugelyje projektų per savo studentus ir bendradarbius. Anksčiau dirbau su vienu ar keliais projektais pats, o dabar esu įsitraukęs į daug skirtingų krypčių, bendradarbiauju su įvairiais partneriais.

Naujų sistemų, naujos biologijos ir naujų technologijų atradimas nesibaigia. Mano nuomone, tai geriausias darbas pasaulyje.

Kokiu mokslininku nenorėtumėte tapti?

Nenorėčiau tapti mokslininku, kuris neturi laiko sau, savo draugams ir šeimai. Taip pat nenorėčiau tapti mokslininku, kuris yra įstrigęs vyriausybių ar mokslo žurnalų politikos spąstuose.

Kas jus labiausiai nustebino Lietuvoje?

Didžiausia staigmena buvo šaltis – iki minus 28 laipsnių. Nei aš, nei mano automobilis tam nebuvome pasiruošę.

Tačiau mane maloniai nustebino, kokie protingi ir apgalvoti yra žmonės, kokie kruopštūs jų eksperimentai. Taip pat patinka, kad lietuviai yra patriotai gerąja prasme – jie myli savo šalį.

Jei kalbėti apie iššūkius, pasigendu daugiau struktūros administraciniu lygmeniu universitete – daugiau aiškių procedūrų ir dokumentacijos. Manau, reikia rasti pusiausvyrą tarp pernelyg griežto reglamentavimo ir visiško jo nebuvimo.

Taip pat yra ir atlyginimų klausimas. Labai sunku pritraukti tarptautinius talentus, kai negalime pasiūlyti konkurencingo atlygio. Tokie žmonės tada pasirenka laboratorijas su panašiomis galimybėmis, bet geresniu atlyginimu.