Tai gali atrodyti kaip grūdų prekės ženklas, tačiau CRISPR yra viena reikšmingiausių genetikos revoliucijų per mūsų gyvenimą. Pastaraisiais mėnesiais atsirado istorijų apie tyrėjus, kurie naudoja CRISPR-Cas baltymus, norėdami efektyviai redaguoti DNR genetines sekas, naikinti ŽIV, valgyti Zika kaip Pac-man ir saugokite GIF bakterijų DNR .
Nepaisant CRISPR galimybių, tai yra nepaprastai prieštaringa procedūra. Norint pakeisti žmogaus genetinę sudėtį, reikia išpjauti ir visiškai pakeisti DNR grandines, o du nauji tyrimai susiejo tokią genų redagavimo technologiją su vėžio augimu.
Popieriai, po vieną Novartis o kitą - Karolinska institutas , paskelbtaGamtos medicina, padarė išvadą, kad genų terapijos metodai gali susilpninti žmogaus galimybes kovoti su navikais ir sukelti vėžį, sukeldami susirūpinimą dėl CRISPR pagrįstų genų terapijų saugumo.
Vis dėlto šiek tiek paremkime.
Žr. Susijusias Kas yra kamieninės ląstelės ir kaip jos gali pakeisti vaistą? Žmogaus galvos persodinimas: prieštaringa procedūra sėkmingai atlikta lavonui; neišvengiama gyva procedūra
Abiejuose straipsniuose daugiausia dėmesio buvo skiriama genui p53. Ankstesni tyrimai parodė, kad tam tikri žmogaus navikai negali išsivystyti, jei p53 genas veikia taip, kaip turėtų. Dėl to p53 veikia kaip natūralus gynybos mechanizmas, apsaugantis genomą nuo CRISPR-Cas9 padarytų pokyčių. Kai CRISPR-Cas9 naudojamas žmogaus genetinei struktūrai redaguoti, p53 genas pereina į savo gynybą ir veiksmingai užmuša redaguotas ląsteles, priversdamas jas savaime sunaikinti. Tiesą sakant, būtent šis genas daugelyje tyrimų atidėjo CRISPR technikos pažangą ir efektyvumą.
Tačiau tais atvejais, kai CRISPR-Cas9 sėkmingai pakeitė asmens genomą, tai rodo, kad konkrečios ląstelės p53 genas yra sugedęs arba neveikiantis. Tai savo ruožtu gali būti siejama su tuo, kad organizmas mažiau sugeba kovoti su vėžiu. Visų pirma, sugedęs p53 gali sukeltiląstelės nekontroliuojamai auga ir tampa vėžinėmis, ir tai siejama sukiaušidžių, storosios žarnos ir tiesiosios žarnos vėžys.
Rinkdami ląsteles, kurios sėkmingai atitaisė pažeistą geną, kurį ketinome ištaisyti, netyčia taip pat galime rinkti ląsteles be funkcinio p53, tyrimo autorė Emma Haapaniemi iš Karolinska instituto paaiškino . Persodinus pacientą, kaip ir paveldimų ligų genų terapijoje, tokios ląstelės gali sukelti vėžį, sukeldamos susirūpinimą dėl CRISPR pagrįstų genų terapijos saugumo.
Tačiau reikia pažymėti, kad ryšys su vėžiu nėra tas pats, kas sukelti vėžį, o šių dviejų tyrimų rezultatai yra vadinamieji preliminarūs, o tai reiškia, kad reikia toliau dirbti, kad išvados būtų sustiprintos arba atmestos. Tyrėjai netgi greitai nutolsta nuo teiginio, kad CRISPR yra pavojinga. Vietoj to, jie kelia pagrįstas problemas ir pataria bendrovėms ir mokslininkams, besiverčiantiems į priekį atliekant klinikinius tyrimus, atsižvelgti į ryšį.
Tyrimai taip pat sutelkti į labai specifinę CRISPR redagavimo technikos rūšį - Cas-9 baltymą, naudojamą koreguoti sergančią DNR, įterpiant sveiką, redaguotą DNR, ir reikia tolesnio darbo, kad išsiaiškintumėte, ar kitos genų redagavimo formos kelia panašų susirūpinimą. Iš tiesų, bandydami įveikti panašią ankstesnę kritiką, Salk instituto mokslininkai neseniai pranešė apie problemą. Užuot redagavęs genus, jų vadinamasis epigenetinis (arba virš geno) CRISPR metodas matytų genus įjungtus ar išjungtus, o ne supjaustytus.
Keisdami epigenomą, mokslininkai sugebėjo kontroliuoti geno elgseną tiesiogiai nekeisdami jokios DNR; genų modifikavimas, o ne genų redagavimas. Tyrimų su pelėmis metu mokslininkai pakeitė inkstų ligos, 1 tipo cukrinio diabeto ir raumenų distrofijos formos simptomus. Jis taip pat gali išnaikinti Alzheimerio ligą.
Kas yra CRISPR-Cas9?
„CRISPR-Cas9“ yra genomo redagavimo įrankis, galintis tiksliai sumažinti DNR, leidžiantis mokslininkams tiksliai redaguoti gyvenimo statybines dalis. Tikriausiai pamatysite, kad jis minimas šalia šiek tiek mažiau žinomo CRISPR-Cas1 ir CRISPR-Cas2 dueto - abu jie sujungdami supjaustė DNR gabalus į pačios bakterijos genomą (apie tai vėliau).
„Cas9“ pirmą kartą buvo pastebėtas devintajame dešimtmetyje kaip vienos ląstelės bakterijų gynybinių mechanizmų dalis, kurie užtikrina, kad ląstelės gali pašalinti nepageidaujamus įsibrovėjus. Mokslininkai nustatė, kad pritaikydami technologiją jie sugeba precedento neturinčiu greičiu, tikslumu ir tikslumu nukreipti genomo sekas.
Pavaizduokite CRISPR-Cas9 kaip paiešką ir pakeiskite paiešką kompiuteriniame dokumente, tik vietoj žodžių redaguojate genetines sekas.Tiksliai modifikuojanti DNR yra mokslinis šventas gralis, o jo potencialas yra didžiulis. Jis gali būti naudojamas ligoms naikinti - net paveldimos, tokios kaip cistinė fibrozė, pjautuvinė anemija ir Huntingtono liga, gali tapti praeitimi.
Pavadinimas CRISPR yra mažiau patrauklaus susitelkusio reguliariai tarpatramių trumpų palindrominių pasikartojimų trumpinys. Cas dalis nurodo susietą CRISPR.
CRISPR-Cas9: Kaip tai veikia?
CRISPR yra natūralių tam tikrų bakterijų gynybos dalis. Kai bakterija aptinka įsiveržusį virusą, ji gali nukopijuoti ir sumaišyti svetimos DNR segmentus į savo genomą aplink CRISPR. Cas9 atlieka pjovimą, o Cas1 ir Cas2 įterpia išorinę DNR į ląstelės genomą.
„Windows 10“ meniu nebus atidarytas
Kitą kartą pastebėjus virusą, CRISPR turi tikslią genomo sekos kopiją, į kurią reikia atkreipti dėmesį, būtent ten patenka į Cas baltymą: jis gali supjaustyti DNR ir neįtikėtinai tiksliai išjungti nepageidaujamus genus.
Arba kaip paaiškina Carlas Zimmeris : Kai CRISPR regionas prisipildo viruso DNR, jis tampa molekulės labiausiai ieškoma galerija, vaizduojančia priešus, su kuriais susidūrė mikrobas. Tada mikrobas gali naudoti šią viruso DNR, kad Cas fermentus paverstų tiksliai valdomais ginklais. Mikrobas nukopijuoja kiekvieno tarpiklio genetinę medžiagą į RNR molekulę. Tada Cas fermentai paima vieną iš RNR molekulių ir ją užmauna. Kartu viruso RNR ir Cas fermentai dreifuoja per ląstelę. Jei jie susiduria su genetine medžiaga iš viruso, kuris atitinka CRISPR RNR, RNR tvirtai užsifiksuoja. Tada Cas fermentai susmulkina DNR, neleisdami virusui daugintis.
2012 m. Kalifornijos universiteto Berklio mokslininkai paskelbė a novatoriškas popierius parodydami, kad jie sugebėjo perprogramuoti CRISPR-Cas imuninę sistemą, norėdami redaguoti genus. CRISPR-Cas9 naudojamas specifinis Cas baltymas ir hibridinė RNR, kuri gali identifikuoti ir redaguoti bet kurią geno seką. Galimybės didžiulės.
Trumpai tariant, CRISPR pateikia DNR sekas, kurias reikia nukreipti, o tada Cas9 atlieka pjovimą. Mokslininkams tiesiog reikia užprogramuoti CRISPR su tinkamu kodu, o „Cas9“ atlieka visa kita.
Tai gali būti taikoma ir sugedusiems genams - skyrius, kurie šiuo metu sukelia problemų, galima pašalinti naudojant CRISPR-Cas9 ir vėliau pakeisti sveiku genetiniu kodu, teoriškai išsprendžiant problemą.
CRISPR-Cas9: Ar jis buvo naudojamas žmonėms?
Taip, Kinijoje . Naudodamiesi žmogaus embrionais, gautais iš vaisingumo klinikos, mokslininkai bandė CRISPR-Cas9 redaguoti geną, sukeliantį beta talasemiją kiekvienoje ląstelėje. Reikėtų pažymėti, kad naudojami donorų embrionai buvo negyvybingi ir negalėjo sukelti gyvo gimimo.
Bet kokiu atveju nepavyko ir nepavyko gana sunkiai: buvo sušvirkšti 86 embrionai, o po 48 valandų ir maždaug aštuonių išaugintų ląstelių 71 išgyveno, o 54 iš jų buvo genetiškai ištirti. Vos 28 buvo sėkmingai sujungtos ir tik nedaugelyje buvo genetinės medžiagos, kurią ketino skirti mokslininkai.Jei norite tai padaryti su įprastais embrionais, turite būti beveik 100%, pagrindinis tyrėjas Jungiu Huang toldGamta . Štai kodėl mes sustojome. Mes vis dar manome, kad tai per nesubrendusi.
Be to, labai tikėtina, kad buvo padaryta daugiau dokumentų neturinti žala. Kaip Niujorko laikas paaiškina :Kinijos tyrėjai pabrėžia, kad atlikdami eksperimentą genų redagavimas beveik neabejotinai padarė didesnę žalą, nei jie dokumentavo; jie netyrė visų embriono ląstelių genomų.
Kaip galite įsivaizduoti, tai sukėlė milžinišką diskusiją mokslo bendruomenėje.
2016 m. Lapkričio mėn , dar viena Kinijos mokslininkų grupė tapo pirmąja CRISPR-Cas9 suaugusiam žmogui, švirkščiančiam plaučių vėžiu paciento imunines ląsteles, modifikuotas CRISPR, kad būtų išjungtas PD-1 baltymas, teoriškai paciento organizmą priverčiant kovoti su vėžiu. .
Tada, a tyrimas paskelbta rugpjūčio 3 d., mokslininkai sėkmingai „redagavo“ žmogaus embrionus, pašalindami sugedusį DNR segmentą, kuris gali sukelti paveldimą širdies ligą. Tai buvo svarbus pasiekimas ir suteikė galimybių potencialiai užkirsti kelią maždaug 10 000 vienos mutacijos genetinių sutrikimų (t. Y. Ligų, kurias sukelia vienas sugedęs genas) būsimiems žmonėms.
CRISPR-Cas9 ir etika
Nors Kinijos mokslininkai naudojo embrionus, kurie nebuvo sukurti į gyvenimą, yra realių etinių problemų dėl eksperimentų su žmogaus embrionais - iš tikrųjų likus vos mėnesiui iki Kinijos tyrimų paskelbimo, grupė amerikiečių mokslininkų paragino pasaulį to nedaryti .
Dalis to priklauso nuo to, kokia nesubrendusi technologija - atminkite, kad ji aktyviai naudojama tik nuo 2012 m., Ir būtų nuostabu, jei ji būtų visiškai subrendusi šiuo metu. Mokslininkai perspėjo, kad šiuo metu tai yra per daug nesuprasta ir pavojinga vartoti žmonėms, o Kinijos tyrimai tikrai patvirtina šį susirūpinimą. Net jei tai veikė nepriekaištingai, kyla susirūpinimas, kad nenumatytos pasekmės gali pasireikšti kartoms.
Tačiau net jei tai būtų 100% saugu ir sėkminga, yra ir kitų etinių problemų: nors niekas neteigia, kad turėtume sulaikyti genetinių žudikų ligų, tokių kaip Huntingtono ir cistinė fibrozė, sunaikinimo galimybes, CRISPR-Cas9 potencialiai suteikia galimybę pasikeisti nieko apie žmogų. Kol bus nustatyta genetinė seka, teoriškai ją galima redaguoti.
Vienas dalykas yra pašalinti gyvybei pavojingas ligas prieš gimimą - visai kas kita, jei tėvai gali sukurti savo kūdikius stipresnius, greitesnius ar geriau atrodančius. Net jei sutiksite, kad žmonėms turėtų būti leista tai padaryti, yra tikimybė, kad tai bus labai komercializuota, užtikrinant, kad tik turtingieji galėtų sau leisti visus papildomus gyvenimo pranašumus, kuriuos tai suteiktų, masiškai paveikdami nelygybę.
CRISPR-Cas9: Kas buvo padaryta iki šiol?
Žinoma, šie etiniai klausimai yra už milijono mylių, kai vienintelis užfiksuotas embrioninis žmogaus eksperimentas sukėlė tokį didelį atgarsį. Tačiau „CRISPR-Cas9“ dabar rodo itin daug žadančius mažesnių bandymų rezultatus.
Pavyzdžiai: ŽIV infekcijos prevencija žmogaus ląstelėse , išgydyti genetines pelių ligas ir beždžionių pora, gimusi su tikslinėmis mutacijomis .
CRISPR taip pat tampa veiksminga priemone duomenims saugoti DNR. 2017 m. Kovo mėn. Niujorko genomo centro tyrėjų pora paskelbė ataskaitą Mokslas žurnalas, kuriame išsamiai aprašyti suspaustų failų saugojimo DNR molekulėse metodai. Naudodamiesi algoritmu failams paversti dvejetainiu kodu, kurį galima susieti su DNR nukleotidų bazėmis, mokslininkai sugebėjo užkoduoti iš viso šešis failus: 1948 m. Akademinį darbą, „Pioneer“ plokštelę, operacinę sistemą, virusas, 1895 m. filmasTraukinio atvykimas į La Ciotat stotį... ir 50 USD vertės „Amazon“ dovanų kortelę.
Po kelių mėnesių Harvardo medicinos mokyklos mokslininkų komanda užkoduotą vaizdo klipą į gyvos E.Coli bakterijų ląstelės DNR . Tikslas yra sukurti gamybos sistemąmolekuliniai registratoriai - DNR, galinti įrašyti savo informaciją iš savo aplinkos. Tai gali būti naudojama viskuo, pradedant dirvožemio taršos stebėjimu ir baigiant neurologinės veiklos supratimo perversmu.
Kaip DARPA programos „Saugūs genai“ dalį septyniose komandose yra aHarvardo medicinos mokyklos daktaro Amito Choudhary vadovaujama komanda, kurianti maliarija plintančių uodų kontrolės būdus, antroji Harvardo medicinos mokyklos komanda, norinti naudoti CRISPR radiacijos sukeltoms mutacijoms nustatyti ir panaikinti. Šiaurės Karolinos valstijos universiteto komanda, vadovaujama daktaro Johno Godwino, siekia nukreipti žiurkių genų varymo sistemas, kad būtų galima valdyti invazines rūšis, o Kalifornijos universitetas, Berklis, nori naudoti CRISPR, kad nukreiptų Zika ir Ebola virusus. Visą projektų sąrašą ir išsamią informaciją apie komandą galite rasti DARPA svetainėje.
Visai neseniai struktūrinis biologas Osamu Nureki iš Tokijo universiteto pasidalijo neįtikėtinais kadrais, kai CRISPR realiuoju laiku redagavo DNR ir kurie buvo jo komandos žurnalo dalis, paskelbta žurnale. Gamtos komunikacijos . Žemiau pateiktame klipe pavaizduota, kaip CRISPR ieško DNR prieš atlikdama pakeitimus. Galite pamatyti, kaip DNR grandinė atjungiama.
Vaizdo įrašai iš pradžių buvo rodomi „CRISPR 2017“ vykusią konferenciją. Straipsnis buvo pateiktas po šios konferencijos ir buvo paskelbtas lapkričio 10 d.
CRISPR-Cas9: Ar jis atvyks į JK?
Taip. Kamieninių ląstelių tyrinėtojai Jungtinėje Karalystėje paprašė leidimo modifikuoti žmogaus embrionus, bandant suprasti ankstyvą žmogaus vystymąsi, ir sumažinti persileidimo tikimybę. 2016 m. Vasario mėnŽmogaus apvaisinimo ir embriologijos tarnyba (HFEA) davė leidimą.
CRISPR-Cas9: Kodėl CRISPR yra blogas?
Kaip minėta anksčiau, Cas9 gali atpažinti tik maždaug 20 bazių ilgio genetines sekas, o tai reiškia, kad ilgesnių sekų negalima nukreipti.Dar svarbiau, kad fermentas vis tiek kartais nukerta ne toje vietoje. Išsiaiškinti, kodėl taip yra, savaime bus reikšmingas proveržis - jį ištaisyti bus dar daugiau.
Tada, žinoma, yra problema, kad CRISPR neveikė baisiai gerai žmogaus embrionuose, ir naujesnės jos sąsajos su vėžiu.
CRISPR-Cas9: kam jis priklauso?
Į tai atsakyti nėra paprasta. Stebėtina, kad dėl to CRISPR natūraliai atsiranda tam tikrose bakterijose.
Technologijų apžvalgapaaiškina kad nors CRISPR-Cas9 pirmą kartą buvo aprašytasMokslas2012 m. Jennifer Doudna iš UC Berkeley Fengas Zhangas iš „Broad Institute“ laimėjo šios technikos patentą, pateikdamas laboratorijos sąsiuvinius, įrodančius, kad jis jį išrado pirmasis.
Pirmasis patentų teisių pateikimas reiškia, kad tai turėtų būti suteikta Doudnai, tačiau sprendimas galėjo būti nuspręstas pirmiausia sugalvoti taisykles, kurios būtų palankios Zhangui. Pabaigoje, byla buvo išspręsta 2017 m. vasario mėn , kai JAV patentų tyrimo ir apeliacinė taryba nusprendė, kad UC Berkeley bus suteiktas patentas naudoti CRISPR-Cas9 bet kurioje gyvoje ląstelėje, o Broad - bet kurioje eukariotinėje ląstelėje, t. y. augalų ir gyvūnų ląstelėse.
Vaizdai: Petra B Fritz , VeeDunn , NIH vaizdų galerija ir Steve'as Jurvetsonas naudojamas pagal „Creative Commons“
