Lehet, hogy gabonamárkának hangzik, de a CRISPR az életünk egyik legjelentősebb forradalma a genetikában. Az elmúlt hónapokban történetek jelentek meg arról, hogy a kutatók CRISPR-Cas fehérjéket használtak a DNS genetikai szekvenciájának hatékony szerkesztésére, a HIV megölésére, a Zika megevésére, mint a Pac-man és tároljon egy GIF-et a baktériumok DNS-ében .
Ennek ellenére a CRISPR lehetőségei ellenére hihetetlenül ellentmondásos eljárásról van szó. Megköveteli a DNS-szálak vágását és teljes megváltoztatását az ember genetikai összetételének megváltoztatása érdekében, és két új tanulmány összekapcsolta az ilyen génszerkesztő technológiát a rák növekedésével.
A papírok, egyesével Novartis a másikat pedig Karolinska Intézet , kiadvaTermészetgyógyászat, arra a következtetésre jutottak, hogy a génterápiás technikák gyengíthetik az ember képességét a daganatok leküzdésében, és rákot okozhatnak, ami aggályokat vet fel a CRISPR-alapú génterápiák biztonságossága miatt.
Tegyünk hát egy kicsit hátra.
Lásd a kapcsolódó Mik azok az őssejtek és hogyan változtathatják meg az orvostudományt? Emberi fejátültetés: A holttesten sikeresen végrehajtott ellentmondásos eljárás; élő eljárás küszöbön áll
A két tanulmány a p53 génre összpontosított. Korábbi kutatások szerint bizonyos emberi daganatok nem tudnak kialakulni, ha a p53 gén a megfelelő módon működik. Ennek eredményeként a p53 természetes védekező mechanizmusként működik, hogy megvédje a genomot a CRISPR-Cas9 által végrehajtott változásoktól. Amikor a CRISPR-Cas9-et egy személy genetikai összetételének szerkesztésére használják, a p53 gén a védelmére ugrik és hatékonyan megöli a szerkesztett sejteket azáltal, hogy önpusztításra készteti őket. Valójában ez a gén késleltette a CRISPR technika fejlődését és hatékonyságát számos kísérletben.
Azokban az esetekben azonban, amikor a CRISPR-Cas9 sikeresen módosította az ember genomját, arra utal, hogy az adott sejt p53 génje hibás vagy nem működik. Ez viszont összekapcsolható azzal, hogy a szervezet kevésbé képes leküzdeni a rákot. Különösen egy hibás p53 okozhata sejtek kontrollálhatatlanul növekednek és rákossá válnak, és összefüggésbe hozható apetefészek-, vastagbél- és végbélrák.
Azon sejtek szedésével, amelyek sikeresen helyrehozták a sérült gént, amelyet javítani kívántunk, véletlenül szedhetünk funkcionális p53 nélküli sejteket is - írja Emma Haapaniemi, a Karolinska Intézet tanulmánya magyarázta . Ha átültetik őket egy betegbe, mint az öröklött betegségek génterápiájában, ezek a sejtek rákot okozhatnak, ami aggályokat vet fel a CRISPR-alapú génterápiák biztonságosságával kapcsolatban.
Meg kell azonban jegyezni, hogy a rákkal való kapcsolat nem azonos a rák kialakulásával, és ennek a két tanulmánynak az eredményei az úgynevezett előzetesek, vagyis további munkára van szükség az eredmények megerősítéséhez vagy elutasításához. A kutatók még gyorsan elhatárolódnak attól, hogy azt mondják, a CRISPR veszélyes. Ehelyett érvényes kérdéseket vetnek fel, és tanácsot adnak a klinikai vizsgálatok előtt álló vállalatoknak és tudósoknak, hogy tartsák szem előtt a kapcsolatot.
A tanulmányok a CRISPR szerkesztési technikájának egy nagyon specifikus típusára is összpontosítanak - a Cas-9 fehérjére, amelyet a beteg DNS korrekciójára használnak egészséges, szerkesztett DNS beillesztésével -, és további munkára van szükség annak kiderítésére, hogy a génszerkesztés más formái is okoznak-e hasonló aggályokat. A Salk Intézet kutatói a hasonló, korábbi kritikák leküzdésére tettek kísérletet a közelmúltban. A gének szerkesztése helyett az úgynevezett epigenetikus (vagy a gén feletti) CRISPR-módszerük a géneket inkább be- vagy kikapcsolná, nem pedig elvágná.
Az epigenom módosításával a tudósok képesek voltak szabályozni egy gén viselkedését anélkül, hogy közvetlenül módosítottak volna egy DNS-t; génmódosítás helyett génszerkesztés. Az egereken végzett vizsgálatok során a tudósok megfordították a vesebetegség, az 1-es típusú cukorbetegség és az izomdisztrófia egyik formáját. Lehetséges az Alzheimer-kór felszámolására is.
Mi a CRISPR-Cas9?
A CRISPR-Cas9 egy olyan genomszerkesztő eszköz, amely képes célzottan vágni a DNS-t, lehetővé téve a tudósok számára, hogy pontosan szerkesszék az élet építőköveit. Valószínűleg látni fogja, hogy a CRISPR-Cas1 és a CRISPR-Cas2 kissé kevésbé híres duója mellett említik - mindkettő összekapcsolja a DNS-darabokat egy baktérium saját genomjába (erről később).
A Cas9-et valójában az 1980-as években figyelték meg először az egysejtű baktériumok védekező mechanizmusainak részeként, amelyek biztosítják, hogy a sejtek képesek eltávolítani a nem kívánt behatolókat. A tudósok megállapították, hogy a technológia adaptálásával soha nem látott sebességgel, pontossággal és pontossággal képesek megcélozni a genomszekvenciákat.
A CRISPR-Cas9 képet úgy találja, mintha egy számítógépes dokumentumban megtalálná és helyettesítené a keresést, csak a szavak helyett a genetikai szekvenciákat szerkeszti.A DNS pontos módosítása tudományos szent grál, és a potenciál óriási. Fel lehet használni a betegségek felszámolására - még az örökletesek is, mint például a cisztás fibrózis, a sarlósejtes vérszegénység és a Huntington-kór is a múlté válhatnak.
A CRISPR név a kevésbé fülbemászó, rendszeresen átlapolt, rövid palindrómás ismétlések rövidítése. A Cas rész a CRISPR-hez kapcsolódik.
CRISPR-Cas9: Hogyan működik?
A CRISPR része bizonyos baktériumok természetesen előforduló védekezésének. Amikor egy baktérium behatoló vírust észlel, képes az idegen DNS-szegmenseket lemásolni és a CRISPR körül saját saját genomjába keverni. A Cas9 elvégzi a vágást, míg a Cas1 és Cas2 a külső DNS-t beilleszti a sejt genomjába.
hogyan lehet törölni egy történetet a facebook-on
A vírus legközelebbi észlelésekor a CRISPR megkeresi a genomszekvencia pontos másolatát, ahová a Cas fehérje kerül: képes feldarabolni a DNS-t, és hihetetlen pontossággal letilthatja a nem kívánt géneket.
Vagy, ahogy Carl Zimmer elmagyarázza : Amint a CRISPR régió megtelik vírus DNS-sel, molekulárisan a legkeresettebb galéria lesz, amely képviseli azokat az ellenségeket, amelyekkel a mikroba találkozott. A mikroba ezután felhasználhatja ezt a vírus DNS-t, hogy a Cas enzimeket precíziós irányítású fegyverekké változtassa. A mikroba az egyes távtartókban levő genetikai anyagokat egy RNS-molekulába másolja. Ezután a Cas enzimek felveszik az egyik RNS-molekulát és befogják. A vírusos RNS és a Cas enzimek együtt sodródnak a sejten. Ha olyan vírus genetikai anyagával találkoznak, amely illeszkedik a CRISPR RNS-hez, az RNS szorosan reteszelődik. A Cas enzimek ezután kettéaprítják a DNS-t, megakadályozva a vírus szaporodását.
2012-ben a kaliforniai Berkeley Egyetem tudósai a úttörő papír megmutatva, hogy képesek voltak átprogramozni a CRISPR-Cas immunrendszert a gének tetszés szerinti szerkesztésére. A CRISPR-Cas9 egy specifikus Cas fehérjét és egy hibrid RNS-t használ, amely képes azonosítani és szerkeszteni bármilyen génszekvenciát. A lehetőségek hatalmasak.
Röviden: a CRISPR felsorolja a megcélozni kívánt DNS-szekvenciákat, majd a Cas9 kivágja. A tudósoknak csak be kell programozniuk a CRISPR-et a megfelelő kóddal, a többit pedig a Cas9 végzi.
Ez vonatkozhat a hibás génekre is - a jelenleg problémákat okozó szakaszokat eltávolítani lehet a CRISPR-Cas9 alkalmazásával, majd egészséges genetikai kóddal lehet helyettesíteni, elméletileg megoldva a problémát.
CRISPR-Cas9: Alkalmazták emberekre?
Igen, Kínában . A termékenységi klinikából származó emberi embriók felhasználásával a tudósok megpróbálták a CRISPR-Cas9 segítségével gént szerkeszteni, amely minden sejtben béta-talaszémiát okoz. Meg kell jegyezni, hogy a felhasznált donor embriók életképtelenek voltak, és nem eredményezhették élő születést.
Mindenesetre kudarcot vallott, és elég rosszul sikerült: 86 embriót injektáltak, 48 óra elteltével és körülbelül nyolc megnövekedett sejt után 71 életben maradt, és ezek közül 54-et genetikailag teszteltek. Mindössze 28-at sikerült sikeresen összekötni, és nagyon kevesen tartalmazták a kutatók által tervezett genetikai anyagot.Ha normál embriókban akarja megtenni, akkor közel 100% -nak kell lennie, vezető kutató Jungiu Huang elmondtaTermészet . Ezért álltunk meg. Még mindig szerintünk túl éretlen.
Ráadásul rendkívül valószínű, hogy több okmány nélküli kár keletkezett. Mivel a New York Times magyarázza :A kínai kutatók rámutatnak, hogy kísérletük során a génszerkesztés szinte bizonyosan nagyobb károkat okozott, mint amit dokumentáltak; nem vizsgálták az embriósejtek teljes genomját.
Ahogy elképzelheted, óriási vitát váltott ki a tudományos közösségben.
2016 novemberében , a kínai tudósok egy másik csoportja elsőként alkalmazta a CRISPR-Cas9-et egy felnőtt emberen, tüdőrákos betegnek injektálva a CRISPR által módosított páciens immunsejtjeit, hogy letiltja a PD-1 fehérjét, elméletileg a beteg testét visszavetve a rák ellen. .
Aztán a tanulmány augusztus 3-án megjelent tudósok sikeresen „szerkesztették” az emberi embriókat, eltávolítva a DNS hibás szegmensét, amely örökletes szívbetegséghez vezethet. Ez egy mérföldkőnek számító eredmény volt, és lehetőséget biztosított a jövőbeni emberekben mintegy 10 000 egyetlen mutációval járó genetikai rendellenesség (azaz egyetlen hibás gén által okozott betegségek) megelőzésére.
CRISPR-Cas9 és etika
Annak ellenére, hogy a kínai tudósok olyan embriókat használtak, amelyek nem fejlődnek életre, valódi etikai aggályok merülnek fel az emberi embriókon végzett kísérletekkel kapcsolatban - csak egy hónappal a kínai kutatás közzététele előtt, amerikai tudósok egy csoportja arra buzdította a világot, hogy ne tegye ezt .
Ennek része az, hogy mennyire éretlen a technológia - ne feledje, hogy csak 2012 óta van aktív használatban, és megdöbbentő lenne, ha ezen a ponton teljesen érett lenne. A tudósok arra figyelmeztettek, hogy túl félreértett és veszélyes az embereken való felhasználás ezen a ponton, és a kínai kutatás bizonyosan igazolja ezt az aggodalmat. Még ha hibátlanul is működne, aggodalmak merülnek fel abban, hogy nemzedékeken át előre nem látható következmények következhetnek be.
De még ha 100% -osan biztonságos és sikeres is lenne, vannak más etikai aggályok is: bár senki nem állítja, hogy vissza kellene fognunk a gyilkos genetikai betegségek, mint például Huntington és cisztás fibrózis kiirtásának lehetőségét, a CRISPR-Cas9 potenciálisan lehetőséget kínál a változásra bármi egy személyről. Amíg a genetikai szekvenciát azonosítják, elméletileg szerkeszthető.
Az egy dolog, hogy a születés előtt eltávolítsák az életet befolyásoló betegségeket - egészen más, hogy a szülők képesek erősebbé, gyorsabbá vagy jobban kinézővé alakítani babájukat. Még akkor is, ha elfogadja, hogy ezt meg kell engedni az embereknek, nagy az esély arra, hogy ezt erősen kereskedelmi forgalomba hozzák, biztosítva, hogy csak a gazdagok engedhessék meg maguknak mindazon extra életelőnyöket, amelyeket ez megengedhet nekik, masszívan befolyásolva az egyenlőtlenséget.
CRISPR-Cas9: Mit tettek eddig?
Természetesen ezek az etikai kérdések egymillió mérföldnyire vannak, amikor az egyetlen rögzített embrionális emberi kísérlet ekkora visszalépést okozott. A CRISPR-Cas9 azonban most rendkívül ígéretes eredményeket mutat kisebb tesztekben.
Ilyenek például HIV-fertőzés megelőzése emberi sejtekben , egér genetikai betegségek gyógyítása és egy célzott mutációkkal született majompár .
A CRISPR szintén hatékony eszköz az adatok tárolására a DNS-ben. 2017 márciusában a New York Genome Center egyik kutatója jelentést tett közzé a Tudomány folyóirat, részletezve a tömörített fájlok DNS-molekulákban történő tárolásának módszereit. A fájlok bináris kódká történő átalakítására szolgáló algoritmus segítségével, amely leképezhető a DNS nukleotid bázisaira, a kutatók összesen hat fájlt kódolhattak: 1948-as tudományos cikket, Pioneer-táblát, operációs rendszert, operációs rendszert, vírus, az 1895-ös filmVonat érkezése a La Ciotat állomásra… És egy 50 dolláros Amazon ajándékkártya.
Néhány hónappal később a Harvard Medical School tudóscsoportja hurkos videoklipet kódolt egy élő E.Coli baktérium sejt DNS-ébe . A cél egy készítési rendszer kifejlesztésemolekuláris rögzítők - DNS, amely képes saját információinak rögzítésére a környezetéből. Ez a talajszennyezés nyomon követésétől kezdve a neurológiai aktivitás megértésének forradalmasításáig mindenben felhasználható.
A DARPA Biztonságos Gének programjának részeként a hét csapat aDr. Amit Choudhary által vezetett csapat a Harvard Medical School-ban, amely a maláriát terjesztő szúnyogok elleni védekezés módszereit dolgozza ki, a Harvard Medical School második csoportja a CRISPR segítségével kívánja észlelni és visszafordítani a sugárzás okozta mutációkat. Az észak-karolinai Állami Egyetem Dr. John Godwin által vezetett csoportjának célja a génmeghajtó rendszerek megcélzása patkányokban az invazív fajok kezelése érdekében, míg a Kaliforniai Egyetem, Berkeley a CRISPR-et szeretné használni a Zika és az Ebola vírusok megcélzásához. A projektek teljes listája és a csapat részletei a DARPA weboldalán érhetők el.
Nemrégiben Osamu Nureki, a Tokiói Egyetem strukturális biológusa hihetetlen felvételeket osztott meg a CRISPR DNS valós idejű szerkesztéséről, amely csapata legutóbbi, a folyóiratban megjelent cikkének része volt Nature Communications . Az alábbi klip azt mutatja, hogy a CRISPR a szerkesztés előtt DNS-t keres. Láthatja, hogy a DNS egy szála lekapcsolódik.
A felvételt eredetileg a CRISPR 2017 konferenciára került sor. A konferenciát követően a dokumentumot november 10-én tették közzé.
CRISPR-Cas9: Az Egyesült Királyságba érkezik?
Igen. Őssejt kutatók az Egyesült Királyságban engedélyt kért az emberi embriók módosítása annak érdekében, hogy megértsék a korai emberi fejlődést, és csökkentse a vetélés valószínűségét. 2016 februárjában aAz Emberi Megtermékenyítési és Embriológiai Hatóság (HFEA) engedélyt adott.
CRISPR-Cas9: Miért rossz a CRISPR?
Mint korábban említettük, a Cas9 csak körülbelül 20 bázis hosszúságú genetikai szekvenciákat képes felismerni, ami azt jelenti, hogy hosszabb szekvenciák nem célozhatók meg.Ennél is lényegesebb, hogy az enzim még mindig rossz helyen vág. Annak kiderítése, hogy miért van ez, önmagában is jelentős áttörést jelent - ennek kijavítása még nagyobb lesz.
Aztán természetesen felmerül az a kérdés, hogy a CRISPR nem működött borzasztóan jól az emberi embriókban, és annak újabb kapcsolatai a rákkal.
CRISPR-Cas9: Kié a tulajdonos?
Ez nem egyszerű kérdés. Folyamatos szabadalmi csata folyik rajta - meglepő módon, mivel a CRISPR természetesen előfordul bizonyos baktériumokban.
Technológiai Szemlemagyarázza hogy bár a CRISPR-Cas9-et először aTudomány2012-ben Jennifer Doudna, az UC Berkeley munkatársa, Feng Zhang, a Broad Institute munkatársai szabadalmat nyertek a technikáról, laboratóriumi füzetek benyújtásával, amelyek bizonyítják, hogy ő találta ki először.
Először a szabadalmi jogok benyújtása azt jelenti, hogy ezt meg kell adni Doudnának, de a döntés alapján először a szabályok kitalálása alapján dönthettek volna, amelyek Zhangnak kedveztek volna. A végén, az ügyet 2017 februárjában oldották meg , amikor az Egyesült Államok Szabadalmi Törvényszéke és Fellebbviteli Testülete úgy döntött, hogy az UC Berkeley-nek megadják a szabadalmat a CRISPR-Cas9 bármely élő sejtben történő alkalmazására, míg a Broad bármely eukarióta sejtben - vagyis a növényekben és állatokban található sejtekben - megszerzi a szabadalmat.
Képek: Petra B Fritz , VeeDunn , NIH Képgaléria , és Steve Jurvetson a Creative Commons alatt használták
