Možda zvuči kao marka žitarica, ali CRISPR je jedna od najznačajnijih revolucija u genetici tijekom našeg života. Posljednjih mjeseci pojavile su se priče o istraživačima koji koriste CRISPR-Cas proteine kako bi učinkovito uređivali genetske sekvence DNA, ubijali HIV, jeli Žiku poput Pac-Mana i pohraniti GIF u DNK bakterija .
Ipak, unatoč potencijalu CRISPR-a, to je nevjerojatno kontroverzan postupak. Potrebno je izrezati i potpuno izmijeniti niti DNA kako bi se promijenio genetski sastav osobe, a dvije nove studije povezale su takvu tehnologiju uređivanja gena s porastom raka.
Papiri, jedan po jedan Novartis a drugi od strane Karolinska institut , Objavljeno uMedicina prirode, zaključiti da tehnike genske terapije mogu oslabiti sposobnost osobe da se bori protiv tumora i mogle bi dovesti do raka, što izaziva zabrinutost zbog sigurnosti genetskih terapija temeljenih na CRISPR-u.
Vratimo se malo natrag.
Pogledajte povezane Što su matične stanice i kako mogu promijeniti lijek? Transplantacija ljudske glave: kontroverzni postupak uspješno proveden na lešu; neposredan postupak uživo
Ta su se dva rada usredotočila na gen p53. Prethodno istraživanje otkrilo je da se određeni ljudski tumori ne mogu razviti ako gen p53 radi kako bi trebao. Kao rezultat toga, p53 djeluje kao prirodni obrambeni mehanizam za zaštitu genoma od vrsta promjena koje je izvršio CRISPR-Cas9. Kada se CRISPR-Cas9 koristi za uređivanje genetskog sastava osobe, gen p53 skače u svoju obranu i učinkovito ubija uređene stanice uzrokujući njihovo samouništenje. Zapravo je taj gen odgodio napredak i učinkovitost CRISPR tehnike u brojnim ispitivanjima.
Međutim, u slučajevima kada je CRISPR-Cas9 uspješno uredio genom osobe, to sugerira da je gen p53 određene stanice neispravan ili nefunkcionalan. To se pak može povezati s time da je tijelo manje sposobno za borbu protiv raka. Osobito bi mogao uzrokovati neispravan p53stanice nekontrolirano rastu i postaju kancerozne, a povezano je sa slučajevimarak jajnika, debelog crijeva i rektuma.
Odabirom stanica koje su uspješno popravile oštećeni gen koji smo namjeravali popraviti, nehotice bismo mogli odabrati i stanice bez funkcionalnog p53, autorica studije Emma Haapaniemi s Karolinskog instituta objasnio . Ako se transplantiraju pacijentu, kao u genskoj terapiji nasljednih bolesti, takve stanice mogu dovesti do raka, što izaziva zabrinutost za sigurnost genskih terapija temeljenih na CRISPR-u.
Treba napomenuti, međutim, da povezanost s rakom nije isto što i uzrokovanje raka, a rezultati u ove dvije studije poznati su kao preliminarni, što znači da je potreban daljnji rad na jačanju ili odbacivanju nalaza. Istraživači se čak brzo ograđuju od izjave da je CRISPR opasan. Umjesto toga, oni pokreću valjana pitanja i savjetuju tvrtkama i znanstvenicima da ubrzaju s kliničkim ispitivanjima da paze na vezu.
Studije se također fokusiraju na vrlo određenu vrstu tehnike uređivanja CRISPR - protein Cas-9 koji se koristi za korekciju oboljele DNA umetanjem zdrave, uređene DNA - i potreban je daljnji rad kako bi se utvrdilo izazivaju li drugi oblici uređivanja gena slične probleme. Doista, u pokušaju da se uhvate u koštac sa sličnim, prethodnim kritikama, istraživači s Instituta Salk nedavno su izvijestili o zaobilaznom rješenju. Umjesto uređivanja gena, njihova takozvana epigenetska (ili iznad gena) CRISPR metoda vidjela bi da se geni uključuju ili isključuju, umjesto da se režu.
Modificirajući epigenom, znanstvenici su mogli kontrolirati ponašanje gena bez izravne modifikacije bilo koje DNA; modifikacija gena, a ne uređivanje gena. U ispitivanjima na miševima znanstvenici su preokrenuli simptome bolesti bubrega, dijabetesa tipa 1 i oblik mišićne distrofije. Također ima potencijal za iskorjenjivanje Alzheimerove bolesti.
Što je CRISPR-Cas9?
CRISPR-Cas9 alat je za uređivanje genoma koji je sposoban ciljano rezati DNA, omogućujući znanstvenicima da točno uređuju građevne blokove života. Vjerojatno ćete vidjeti da se spominje uz malo manje poznati dvojac CRISPR-Cas1 i CRISPR-Cas2 - obojica koji spajaju dijelove DNK u vlastiti genom bakterije (o tome kasnije).
Cas9 je zapravo prvi put primijećen 1980-ih kao dio obrambenih mehanizama jednoćelijskih bakterija, koji osiguravaju da stanice mogu ukloniti neželjene uljeze. Znanstvenici su otkrili da su, prilagođavajući tehnologiju, sposobni ciljati sekvence genoma s neviđenom brzinom, preciznošću i preciznošću.
Zamislite CRISPR-Cas9 kao pronalazak i zamjenu pretraživanja u računalnom dokumentu, samo umjesto riječi uređujete genetske sekvence.Precizno mijenjanje DNA znanstveni je sveti gral, a potencijal je ogroman. Mogao bi se koristiti za iskorjenjivanje bolesti - čak i nasljedne poput cistične fibroze, srpastih anemija i Huntingtonove bolesti mogle bi postati stvar prošlosti.
Naziv CRISPR akronim je za manje privlačne grozdove redovito isprepletene kratke palindromske ponavljanja. Dio Cas odnosi se na CRISPR povezan.
CRISPR-Cas9: Kako to funkcionira?
CRISPR je dio obrane određenih bakterija u prirodi. Kad bakterija otkrije virus koji napada, ona je u stanju kopirati i uklopiti segmente strane DNA u vlastiti genom oko CRISPR-a. Cas9 vrši rezanje, dok Cas1 i Cas2 ubacuju vanjsku DNA u genom stanice.
kako ukloniti zaštitu od pisanja s usb - a
Sljedeći put kada virus uoči, CRISPR ima točnu kopiju sekvence genoma na koju treba obratiti pažnju, a tu dolazi Cas protein: može smanjiti DNK i onemogućiti neželjene gene s nevjerojatnom točnošću.
Ili, kako objašnjava Carl Zimmer : Kako se regija CRISPR puni DNA virusa, ona postaje molekularno najtraženija galerija, predstavljajući neprijatelje s kojima se mikrob susreo. Tada mikrob može upotrijebiti ovu virusnu DNA da pretvori Cas enzime u oružje precizno vođeno. Mikrob kopira genetski materijal u svakom odstojniku u molekulu RNA. Cas enzimi tada zauzimaju jednu od molekula RNA i kolebaju je. Zajedno, virusna RNA i enzimi Cas plutaju kroz stanicu. Ako naiđu na genetski materijal virusa koji se podudara s CRISPR RNA, RNA se čvrsto zakači. Cas enzimi tada usitnjavaju DNA na dva dijela, sprečavajući replikaciju virusa.
2012. znanstvenici sa Kalifornijskog sveučilišta Berkeley objavili su časopis revolucionarni papir pokazujući da su mogli reprogramirati imunološki sustav CRISPR-Cas za uređivanje gena po svojoj volji. CRISPR-Cas9 koristi specifični Cas protein i hibridnu RNA koja može identificirati i urediti bilo koji slijed gena. Mogućnosti su ogromne.
Ukratko, CRISPR navodi sekvence DNA koje se ciljaju, a zatim Cas9 vrši rezanje. Znanstvenici samo trebaju programirati CRISPR s pravim kodom, a Cas9 čini ostalo.
To bi se također moglo odnositi na neispravne gene - dijelovi koji trenutno uzrokuju probleme mogli bi se ukloniti CRISPR-Cas9, a zatim zamijeniti zdravim genetskim kodom, teoretski rješavajući problem.
CRISPR-Cas9: Je li korišten na ljudima?
Da, u Kini . Koristeći ljudske embrije iz klinike za plodnost, znanstvenici su pokušali koristiti CRISPR-Cas9 za uređivanje gena koji uzrokuje beta talasemiju u svakoj stanici. Treba imati na umu da su korišteni donatorski embrioni bili ne održivi i nisu mogli rezultirati živorođenim djetetom.
U svakom slučaju, propao je i propao prilično loše: ubrizgano je 86 embrija, a nakon 48 sati i oko osam naraslih stanica 71 je preživjelo, a 54 od njih su genetski testirane. Samo 28 uspješno je spojeno, a vrlo malo ih je sadržavalo genetski materijal koji su istraživači namjeravali.Ako to želite raditi u normalnim embrijima, morate biti blizu 100%, vodeći istraživač Jungiu Huang je rekaoPriroda . Zbog toga smo stali. Još uvijek mislimo da je previše nezrelo.
Povrh toga, izuzetno je vjerojatno da je napravljena još nedokumentirane štete. Kao New York Times objašnjava :Kineski istraživači ističu da je u njihovom eksperimentu uređivanje gena gotovo sigurno nanijelo veću štetu nego što su dokumentirali; nisu ispitali cijele genom stanica embrija.
Kao što možete zamisliti, to je izazvalo ogromnu količinu kontroverze u znanstvenoj zajednici.
U studenom 2016. god , druga skupina kineskih znanstvenika postala je prva koja je CRISPR-Cas9 upotrijebila na odraslom čovjeku, ubrizgavajući oboljelom od raka pluća imunološke stanice pacijenta modificirane CRISPR-om da onemoguće protein PD-1, teoretski tjerajući tijelo pacijenta da se bori protiv raka .
Zatim, u a studija objavljen 3. kolovoza, znanstvenici su uspješno ‘uredili’ ljudske embrije, uklanjajući neispravan segment DNA koji može dovesti do nasljednih bolesti srca. Bilo je to značajno postignuće i omogućilo je potencijalno sprečavanje oko 10 000 genetskih poremećaja s jednom mutacijom (tj. Bolesti uzrokovanih jednim neispravnim genom) kod budućih ljudi.
CRISPR-Cas9 i etika
Iako su kineski znanstvenici koristili embrije koji se nisu trebali razviti u život, postoje stvarne etičke zabrinutosti zbog eksperimentiranja na ljudskim embrijima - doista, samo mjesec dana prije objavljivanja kineskog istraživanja, skupina američkih znanstvenika pozvala je svijet da to ne čini .
Dio se toga svodi na to koliko je tehnologija nezrela - imajte na umu da se aktivno koristi tek od 2012. i bilo bi zapanjujuće da je u ovom trenutku u potpunosti sazrela. Znanstvenici su upozorili da je u ovom trenutku previše neshvaćen i opasan za upotrebu na ljudima, a kineska istraživanja zasigurno potvrđuju ovu zabrinutost. Čak i ako je funkcionirao besprijekorno, postoji zabrinutost da bi se nepredviđene posljedice mogle dogoditi generacijama.
No, čak i kad bi bilo 100% sigurno i uspješno, postoje i druge etičke zabrinutosti: iako nitko ne tvrdi da bismo trebali suzdržati potencijal brisanja genetskih bolesti ubojica poput Huntingtonove i cistične fibroze, CRISPR-Cas9 potencijalno nudi mogućnost promjene bilo što o osobi. Sve dok je genetski slijed identificiran, u teoriji se može uređivati.
Jedno je ukloniti bolesti koje utječu na život prije rođenja - sasvim je drugo što roditelji mogu dizajnirati svoje bebe da budu jače, brže ili ljepšeg izgleda. Čak i ako prihvatite da je to nešto što bi ljudima trebalo biti dopušteno, šanse su da bi se to jako komercijaliziralo, osiguravajući da si samo bogati mogu priuštiti sve dodatne životne prednosti koje bi to imalo, masovno utječući na nejednakost.
CRISPR-Cas9: Što je do sada učinjeno?
Naravno, ta su etička pitanja udaljena milion milja kada je jedini zabilježeni embrionalni ljudski eksperiment prouzročio tako visoki profil. Međutim, CRISPR-Cas9 sada pokazuje izuzetno obećavajuće rezultate u manjim testovima.
Primjeri uključuju Prevencija HIV infekcije u ljudskim stanicama , liječenje genetskih bolesti miša i par majmuna rođenih s ciljanim mutacijama .
CRISPR se također pojavljuje kao učinkovito sredstvo za pohranu podataka unutar DNA. U ožujku 2017., par istraživača iz New York Genome Centra objavio je izvještaj u časopisu Znanost časopis, s detaljnim metodama za pohranu komprimiranih datoteka u molekulama DNA. Uz pomoć algoritma za prevođenje datoteka u binarni kod koji se može preslikati na nukleotidne baze DNA, istraživači su uspjeli kodirati ukupno šest datoteka: akademski rad iz 1948., Pioneer-ova ploča, operativni sustav, virus, film iz 1895Dolazak vlaka na kolodvor La Ciotat... i poklon karticu Amazon za 50 dolara.
Nekoliko mjeseci kasnije, tim znanstvenika s Harvard Medical School kodirao video zapis u petlji u DNK žive stanice bakterije E.Coli . Cilj je razviti sustav za izradumolekularni snimači - DNA koja je sposobna zabilježiti vlastite podatke iz svoje okoline. To bi se moglo koristiti u svemu, od praćenja onečišćenja tla, do revolucionarnog razumijevanja neurološke aktivnosti.
Kao dio DARPA-inog programa Sigurni geni, sedam timova uključuje atim predvođen dr. Amitom Choudharyem na Harvardskom medicinskom fakultetu koji razvija načine za suzbijanje komaraca koji se šire malarijom, drugi tim Medicinskog fakulteta Harvarda koji želi koristiti CRISPR za otkrivanje i poništavanje mutacija uzrokovanih zračenjem. Tim Državnog sveučilišta u Sjevernoj Karolini predvođen dr. Johnom Godwinom želi ciljati na sustave genskog pogona kod štakora za upravljanje invazivnim vrstama, dok kalifornijsko sveučilište Berkeley želi koristiti CRISPR za ciljanje virusa Zika i Ebola. Cjelovit popis projekata i detalji o timu dostupni su na web mjestu DARPA.
U novije vrijeme strukturni biolog Osamu Nureki sa Sveučilišta u Tokiju podijelio je nevjerojatne snimke CRISPR-a kako uređuju DNK u stvarnom vremenu, što je dio nedavnog rada njegovog tima objavljenog u časopisu Prirodne komunikacije . Snimka u nastavku prikazuje CRISPR koji pretražuje DNK prije nego što je uredi. Možete vidjeti kako se nit DNA odvaja.
Snimke su izvorno prikazane sudionicima CRISPR 2017 konferencija koja se održala u lipnju. Rad je podnijet nakon ove konferencije i objavljen je 10. studenog.
CRISPR-Cas9: Hoće li doći u Veliku Britaniju?
Da. Istraživači matičnih stanica u Ujedinjenom Kraljevstvu tražio dopuštenje modificirati ljudske embrije u pokušaju razumijevanja ranog ljudskog razvoja i smanjiti vjerojatnost pobačaja. U veljači 2016. godineUprava za ljudsku gnojidbu i embriologiju (HFEA) izdala je dopuštenje.
CRISPR-Cas9: Zašto je CRISPR loš?
Kao što je prethodno spomenuto, Cas9 može prepoznati samo genetske sekvence duljine oko 20 baza, što znači da se dulje sekvence ne mogu ciljati.Još važnije, enzim se ponekad ponekad reže na pogrešnom mjestu. Otkrivanje zašto je to bit će samo po sebi značajan proboj - njegovo popravljanje bit će još veće.
Zatim, naravno, postoji problem da CRISPR nije djelovao užasno dobro na ljudskim embrijima i njegove novije veze s rakom.
CRISPR-Cas9: Tko je vlasnik?
To nije jednostavno pitanje za odgovor. Podložan je stalnoj patentnoj bitci - iznenađujuće, s obzirom da se CRISPR prirodno pojavljuje u određenim bakterijama.
Pregled tehnologijeobjašnjava to, iako je CRISPR-Cas9 prvi put opisan uZnanost2012. godine Jennifer Doudna iz UC Berkeley, Feng Zhang s Instituta Broad osvojio je patent na tehniku predavši laboratorijske bilježnice dokazujući da ju je prvi izumio.
Prvo podnošenje patentnih prava znači da bi to trebalo dodijeliti Doudni, ali odluka je mogla biti donesena na temelju prvoga da se izmisle pravila koja bi favorizirala Zhanga. Na kraju, slučaj je riješen u veljači 2017. godine , kada je američki Odbor za ispitivanje i žalbe za patente odlučio da će UC Berkeley dobiti patent za upotrebu CRISPR-Cas9 u bilo kojoj živoj stanici, dok će ga Broad dobiti u bilo kojoj eukariotskoj stanici - što će reći na stanicama biljaka i životinja.
Slike: Petra B Fritz , VeeDunn , Galerija slika NIH , i Steve Jurvetson koristi se pod Creative Commons
