Briliáns baktériumok

Az emberek, hogy kijavíthassák a saját testük „tervrajzában” (= DNS lánc, kromoszóma) fellépő hibákat, csodálatos módszert találtak a baktériumoknál.

Ez a „tervrajz” a DNS láncokba van kódolva. A DNS láncok nagyon hosszúak, és azért, hogy elférjenek, ún. kromoszómákban vannak feltekeredve a sejtmagban. Minden kromoszóma egy darab DNS szálból áll. A kromoszómák minden egyes sejtünkben megtalálhatók, sőt minden egyes sejtünkben ugyanolyan a felépítésük!

Néha persze előfordul, hogy hiba keletkezik bennük. Ezek közül néhány oda vezethet, hogy testünk nem úgy működik, ahogyan szeretnénk.

Képzeljük el, hogy valahol ebben a „tervrajzban” van egy hiba, ami rossz utasítást eredményez. A DNS lánc hibája akár betegséget is okozhat. Például egy adott ember megvakulhat, rákos daganat, cukorbetegség vagy különböző autoimmun betegségek alakulhatnak ki.

Az emberi sejtekben 23 pár kromoszóma található. Ezekben a szorosan feltekert DNS láncokban már a hiba helyének megtalálása is gondot okoz! A javítás pedig még bonyolultabb: ezek a láncok a legnagyobb nagyításra képes mikroszkópban sem láthatóak! Ráadásul a hibás részt abszolút pontossággal szabadna csak eltávolítani és kicserélni, különben még nagyobb problémát okozhatunk!

Ebben a foglalkozásban megvizsgáljuk, milyen nehéz megtalálni egy kicsi hibát a feltekert hosszú láncon, valamint a baktériumokat utánozva megkeressük azt az eszközt, ami képes kimetszeni a hibás részeket.

Foglalkozás leírása:

Haladó magyarázat (11-12 éveseknek)

A baktériumoknak, ezeknek a mikroszkopikus méretű lényeknek olyan eszközük van, amely lehetővé teszi számukra, hogy a DNS-t egy meghatározott helyen, nagyon pontosan elhasítsák. A baktériumok ezt az eszközt a vírusok ellen használják. Ahogy mi sem szeretjük, amikor vírusok támadnak meg bennünket (egyesek például megfázást, mások himlőt okoznak), a baktériumokra nézve is vannak veszélyes vírusok (ezek az ún. fágok). Ha egy baktériumot egyszer már megtámadott egy vírus, és túlélte a támadást, egy darabkát elraktároz a vírus „tervrajzából”. Ha ugyanaz a vírus faj ismét megtámadja a baktériumot, ennek segítségével felismeri a behatolót, elkészíti az eszközét (az ún. genetikai ollót) és valóban úgy használja, mint egy kis ollót: az elraktározott mintának megfelelő helyen elvágja a vírus „tervrajzát”, ezzel elpusztítva a betolakodót.

A tudósok tanulmányozták a baktériumokat és megfigyelték, hogyan kell használni ezt az eszközt (genetikai olló). Segítségével összeállítottak egy rendszert, amelyet az emberi DNS pontos vágására és módosítására tudnak használni. Ezáltal ki lehet javítani a DNS-ben keletkezett hibákat, ezzel esélyt kaphatnak az egészséges életre bizonyos egészségügyi problémákkal küzdő emberek. 2020-ban két tudós kapott kémiai Nobel-díjat ennek a mechanizmusnak a megalkotásáért, amelynek segítségével más élőlények DNS-t is lehet módosítani, nem csak az emberekét.

Ezt a mechanizmust CRISPR/Cas9 rendszernek nevezik. Segítségével nem csak a lehetséges káros részeket lehet eltávolítani a DNS-ből, hanem különféle előnyös tulajdonságok is hozzáadhatók. Sőt, nem csak az emberben, hanem más élő szervezetekben is felhasználhatjuk – állatokban, növényekben, gombákban. Létrehozhatunk például olyan növényeket, amelyek jobban ellenállnak a klímaválság miatti magas hőmérsékletnek vagy a szárazságnak. A lehetőségek végtelenek.

Környezetismeret/Természettudomány

·         egészségmegőrzés

·         kísérletezés

Technika és tervezés (Technológia)

·         modellezés

Digitális kultúra (Mérnöki tudományok, mérnöki tudományok)

·         információszerzés az e-világban

Vizuális kultúra (Művészetek)

·         eszközök használata alkotásokhoz

Matematika

Az ún. genetikai olló tényleg zseniális találmány. Ám mielőtt teljesen belelkesednénk, fontos, hogy beszélgessünk a tanulókkal arról, milyen veszélyekkel járhat ennek a DNS átalakító rendszernek a használata, ha nem megfelelő kezekbe kerül! Például, ha a hibát ki lehet javítani, akkor betenni is lehet…

A génsebészet súlyos etikai problémákat is felvet: kinél és mikor alkalmazhatjuk az eljárást? Magzati korban, vagy születés után, esetleg felnőtt korban? Ki mondja meg, hogy kinél lehet használni? Mi a helyzet a szegényekkel és a gazdagokkal, a szegény és gazdag országok lakóival? Mindenki számára elérhető lesz az eljárás? Csak betegségek esetén használják, vagy akkor is, ha nem tetszik a szemszínem és a hajam formája? Már a fogantatás előtt megrendelhetem, hogy milyen legyen a gyerekem? A kérdéssor folytatható.

Most még a kutatások elején járunk, jelenleg még csak sejttenyészetekkel dolgoznak a kutatók. Most kezdődött el az a folyamat, aminek a végén kifejlett egyedeken is kipróbálják ezt a technikát. Ne feledjük: a tudós elme érdeklődve figyeli, vizsgálja a körülöttünk lévő világot, és zseniális találmányokkal áll elő. Ezek alkalmazásánál, felhasználásánál azonban sok etikai és jogi kérdést kell figyelembe venni. Különösen akkor, ha az emberi örökítőanyagot lehetne megváltoztatni.

Magyar nyelven:

Részletes leírás az ún. "genetikai olló" működéséről (tovább a cikkhez).

Nobel-díj járt a mechanizmus felfedezéséért (tovább a cikkhez).

A génszerkesztés új szintjéről (tovább a cikkhez).