Tas varētu izklausīties kā graudaugu zīmols, taču CRISPR ir viena no nozīmīgākajām ģenētikas revolūcijām mūsu dzīves laikā. Pēdējos mēnešos ir parādījušies stāsti par pētniekiem, kuri izmanto CRISPR-Cas olbaltumvielas, lai efektīvi rediģētu DNS ģenētiskās sekvences, nogalinātu HIV, ēst Ziku kā Pac-man un glabājiet GIF baktēriju DNS .
Neskatoties uz CRISPR potenciālu, tā ir neticami pretrunīga procedūra. Lai mainītu cilvēka ģenētisko sastāvu, ir nepieciešams sagriezt un pilnībā mainīt DNS virknes, un divi jauni pētījumi ir saistījuši šādu gēnu rediģēšanas tehnoloģiju ar vēža pieaugumu.
Papīri, pa vienam Novartis un otru - Karoļinskas institūts , publicētsDabas medicīna, secina, ka gēnu terapijas metodes var vājināt cilvēka spēju cīnīties pret audzējiem un var izraisīt vēzi, radot bažas par CRISPR balstītu gēnu terapiju drošību.
Kaut nedaudz dublēsimies.
Skatīt saistītās Kas ir cilmes šūnas un kā tās var mainīt zāles? Cilvēka galvas transplantācija: pretrunīgi vērtēta procedūra, kas veiksmīgi veikta uz līķa; tūlītēja tiešraides procedūra
Abi dokumenti koncentrējās uz gēnu p53. Iepriekšējie pētījumi ir atklājuši, ka noteikti cilvēka audzēji nevar attīstīties, ja p53 gēns darbojas tā, kā vajadzētu. Tā rezultātā p53 darbojas kā dabisks aizsardzības mehānisms, lai aizsargātu genomu no CRISPR-Cas9 veiktajām izmaiņām. Ja CRISPR-Cas9 izmanto, lai rediģētu cilvēka ģenētisko sastāvu, p53 gēns pāriet uz savu aizsardzību un efektīvi iznīcina rediģētās šūnas, liekot tām pašiznīcināties. Patiesībā tieši šis gēns ir aizkavējis CRISPR tehnikas progresu un efektivitāti vairākos izmēģinājumos.
Tomēr gadījumos, kad CRISPR-Cas9 ir veiksmīgi veicis cilvēka genoma labojumus, tas liek domāt, ka konkrētās šūnas p53 gēns ir bojāts vai nedarbojas. Tas, savukārt, var būt saistīts ar ķermeņa mazāku spēju cīnīties ar vēzi. Jo īpaši bojāts p53 varētu izraisītšūnas nekontrolējami augt un kļūt par vēzi, un tas ir saistīts arolnīcu, resnās un taisnās zarnas vēzis.
Atlasot šūnas, kas ir veiksmīgi izlabojušas bojāto gēnu, kuru mēs gribējām salabot, mēs netīšām varētu izvēlēties arī šūnas bez funkcionāla p53, pētījuma autore Emma Haapaniemi no Karolinska institūta paskaidroja . Pārstādot pacientam, tāpat kā iedzimtu slimību gēnu terapijā, šādas šūnas var izraisīt vēzi, izraisot bažas par CRISPR balstītu gēnu terapiju drošību.
Tomēr jāatzīmē, ka saikne ar vēzi nav tas pats, kas izraisīt vēzi, un šo divu pētījumu rezultāti ir tā sauktie provizoriskie, kas nozīmē, ka ir nepieciešams turpināt darbu, lai vai nu nostiprinātu, vai noraidītu secinājumus. Pētnieki pat ātri norobežojas no apgalvojuma, ka CRISPR ir bīstams. Tā vietā viņi izvirza pamatotus jautājumus un iesaka uzņēmumiem un zinātniekiem, kuri turpina klīniskos pētījumus, ņemt vērā saikni.
Pētījumi koncentrējas arī uz ļoti specifisku CRISPR rediģēšanas tehnikas veidu - Cas-9 proteīnu, ko izmanto slimās DNS korekcijai, ievietojot veselīgu, rediģētu DNS, un ir nepieciešams turpmāks darbs, lai noskaidrotu, vai citas gēnu rediģēšanas formas rada līdzīgas bažas. Patiešām, mēģinot novērst līdzīgu iepriekšējo kritiku, Salkas institūta pētnieki nesen ziņoja par risinājumu. Tā vietā, lai rediģētu gēnus, to tā dēvētā epigenētiskā (vai virs gēna) CRISPR metode redzētu, ka gēni tiek ieslēgti vai izslēgti, nevis sagriezti.
Modificējot epigenomu, zinātnieki varēja kontrolēt gēna uzvedību, tieši nemodificējot nevienu DNS; gēnu modifikācija, nevis gēnu rediģēšana. Pētījumos ar pelēm zinātnieki novērsa nieru slimības, 1. tipa cukura diabēta un muskuļu distrofijas formas simptomus. Tam ir arī potenciāls izskaust Alcheimera slimību.
Kas ir CRISPR-Cas9?
CRISPR-Cas9 ir genoma rediģēšanas rīks, kas spēj mērķtiecīgi sagriezt DNS, ļaujot zinātniekiem precīzi rediģēt dzīves pamatelementus. Jūs, visticamāk, redzēsiet to minētu kopā ar nedaudz mazāk slaveno duetu CRISPR-Cas1 un CRISPR-Cas2 - abi šie savienojumi sagriež DNS gabalus pašas baktērijas genomā (vairāk par to vēlāk).
Cas9 faktiski pirmo reizi tika novērots pagājušā gadsimta astoņdesmitajos gados kā daļa no vienšūnas baktēriju aizsardzības mehānismiem, kas nodrošina, ka šūnas spēj noņemt nevēlamus iebrucējus. Zinātnieki ir atklājuši, ka, pielāgojot tehnoloģiju, viņi spēj vēl nepieredzēti ātri, precīzi un precīzi mērķēt uz genoma sekvencēm.
Attēlu CRISPR-Cas9 kā meklējat un aizstāt meklēšanu datora dokumentā, tikai vārdu vietā jūs rediģējat ģenētiskās sekvences.Precīzi modificēta DNS ir zinātniski svēts grails, un potenciāls ir milzīgs. To varētu izmantot slimību izskaušanai - pat tādas iedzimtas slimības kā cistiskā fibroze, sirpjveida šūnu anēmija un Hantingtona var kļūt par pagātni.
Nosaukums CRISPR ir saīsinājums mazāk pievilcīgiem, regulāri sakrustotiem īsiem palindromiskiem atkārtojumiem. Cas daļa attiecas uz CRISPR saistīto.
CRISPR-Cas9: Kā tas darbojas?
CRISPR ir daļa no dažu baktēriju dabiskās aizsardzības līdzekļiem. Kad baktērijas atklāj iebrucējušu vīrusu, tā spēj kopēt un sajaukt svešās DNS segmentus savā genomā ap CRISPR. Cas9 veic griešanu, savukārt Cas1 un Cas2 ievieto ārējo DNS šūnas genomā.
kā instalēt pluto TV uz samsung smart tv
Nākamajā reizē, kad vīruss tiek konstatēts, CRISPR ir precīza genoma secības kopija, kurai jāpievērš uzmanība, un tur nonāk Cas proteīns: tas var sagriezt DNS un neticami precīzi atspējot nevēlamus gēnus.
Vai arī kā skaidro Karls Zimers : Kad CRISPR reģions piepildās ar vīrusa DNS, tas kļūst par molekulāri visvairāk vēlamo galeriju, kas attēlo ienaidniekus, ar kuriem mikrobs ir saskāries. Pēc tam mikrobs var izmantot šo vīrusa DNS, lai pārveidotu Cas enzīmus par precīzi vadāmiem ieročiem. Mikrobs kopē katrā starplikā esošo ģenētisko materiālu RNS molekulā. Cas fermenti pēc tam uzņem vienu no RNS molekulām un sašūpo to. Kopā vīrusa RNS un Cas enzīmi dreifē caur šūnu. Ja viņi sastop ģenētisko materiālu no vīrusa, kas atbilst CRISPR RNS, RNS cieši aizķeras. Tad Cas fermenti sasmalcina DNS divās daļās, novēršot vīrusa pavairošanu.
2012. gadā Kalifornijas Universitātes Bērklija zinātnieki publicēja a novatorisks papīrs parādot, ka viņi varēja pārprogrammēt imūnsistēmu CRISPR-Cas, lai pēc vēlēšanās rediģētu gēnus. CRISPR-Cas9 izmanto specifisku Cas proteīnu un hibrīdu RNS, kas var identificēt un rediģēt jebkuru gēnu secību. Iespējas ir milzīgas.
Īsāk sakot, CRISPR uzskaita mērķa DNS sekvences, un pēc tam Cas9 veic griešanu. Zinātniekiem vienkārši jāprogrammē CRISPR ar pareizo kodu, un Cas9 veic visu pārējo.
Tas varētu attiekties arī uz kļūdainiem gēniem - sadaļas, kas pašlaik rada problēmas, varētu noņemt ar CRISPR-Cas9 un pēc tam aizstāt ar veselīgu ģenētisko kodu, teorētiski atrisinot problēmu.
CRISPR-Cas9: Vai tas ir izmantots cilvēkiem?
Jā, Ķīnā . Izmantojot cilvēka embrijus, kas iegūti auglības klīnikā, zinātnieki mēģināja izmantot CRISPR-Cas9, lai rediģētu gēnu, kas izraisa beta talasēmiju katrā šūnā. Jāatzīmē, ka izmantotie donoru embriji nebija dzīvotspējīgi, un tie nevarēja izraisīt dzīvu dzimšanu.
Jebkurā gadījumā tas neizdevās un neizdevās diezgan slikti: tika injicēti 86 embriji, un pēc 48 stundām un apmēram astoņām izaugušām šūnām 71 izdzīvoja, un 54 no tām tika ģenētiski pārbaudītas. Tikai 28 bija veiksmīgi savienoti, un ļoti maz bija ģenētiskā materiāla, kuru pētnieki bija iecerējuši.Ja vēlaties to darīt normālos embrijos, jums jābūt tuvu 100%, vadošais pētnieks Jungiu Huang pastāstījaDaba . Tāpēc mēs apstājāmies. Mēs joprojām domājam, ka tas ir pārāk nenobriedis.
Papildus tam ir ļoti iespējams, ka tika nodarīts vairāk nedokumentētu bojājumu. Kā Ņujorkas Laiks paskaidro :Ķīniešu pētnieki norāda, ka savā eksperimentā gēnu rediģēšana gandrīz noteikti nodarīja plašāku kaitējumu, nekā viņi dokumentēja; viņi nepārbaudīja visus embrija šūnu genomus.
Kā jūs varētu iedomāties, tas izraisīja milzīgu diskusiju zinātnieku aprindās.
2016. gada novembrī , cita ķīniešu zinātnieku grupa kļuva par pirmo, kas lietoja CRISPR-Cas9 pieaugušam cilvēkam, injicējot plaušu vēža slimniekam pacienta imūnās šūnas, kuras modificēja CRISPR, lai atspējotu PD-1 olbaltumvielu, teorētiski liekot pacienta ķermenim cīnīties pret vēzi .
Tad, a pētījums publicēts 3. augustā, zinātnieki veiksmīgi ‘rediģēja’ cilvēka embrijus, novēršot kļūdaino DNS segmentu, kas var izraisīt iedzimtu sirds slimību. Tas bija ievērojams sasniegums un nodrošināja iespējas potenciāli novērst aptuveni 10 000 vienas mutācijas ģenētisko traucējumu (t.i., slimības, ko izraisa viens kļūdains gēns) nākamajiem cilvēkiem.
CRISPR-Cas9 un ētika
Kaut arī ķīniešu zinātnieki izmantoja embrijus, kas nepārveidojās dzīvē, pastāv reālas ētiskas bažas par eksperimentiem ar cilvēku embrijiem - patiešām tikai mēnesi pirms Ķīnas pētījumu publicēšanas, grupa amerikāņu zinātnieku mudināja pasauli to nedarīt .
Daļa no tā ir saistīta ar to, cik tehnoloģija ir nenobriedusi - atcerieties, ka tā tiek aktīvi izmantota tikai kopš 2012. gada, un tas būtu pārsteidzoši, ja tā būtu pilnībā nobriedusi šajā brīdī. Zinātnieki brīdināja, ka to pašlaik ir pārāk nesaprasts un bīstams lietot cilvēkiem, un Ķīnas pētījumi noteikti apstiprina šīs bažas. Pat ja tas darbojās nevainojami, pastāv bažas, ka neparedzētas sekas varētu rasties paaudzēs.
Bet, pat ja tas būtu simtprocentīgi drošs un veiksmīgs, pastāv arī citas ētiskas problēmas: lai gan neviens neapstrīd, ka mums būtu jāaptur iespēja iznīcināt slepkavas ģenētiskās slimības, piemēram, Hantingtona un cistisko fibrozi, CRISPR-Cas9 potenciāli piedāvā iespēju mainīties jebko par cilvēku. Kamēr tiek identificēta ģenētiskā secība, teorētiski to var rediģēt.
Viena lieta ir noņemt dzīvību ietekmējošas slimības pirms dzimšanas - pavisam cita ir iespēja vecākiem izveidot savu bērnu izturīgāku, ātrāku vai labāk izskatīgu. Pat ja jūs pieņemat, ka tas ir jādara cilvēkiem, ir liela varbūtība, ka tas tiks stipri komercializēts, nodrošinot, ka tikai bagātie var atļauties visas papildu dzīves priekšrocības, ko tas varētu dot, masveidā ietekmējot nevienlīdzību.
CRISPR-Cas9: Kas līdz šim ir izdarīts?
Protams, šie ētiskie jautājumi ir miljons jūdžu attālumā, kad vienīgais reģistrētais embrija cilvēka eksperiments izraisīja tik augsta līmeņa kavēšanos. Tomēr CRISPR-Cas9 tagad uzrāda ārkārtīgi daudzsološus rezultātus mazākos testos.
Piemēri ietver HIV infekcijas profilakse cilvēka šūnās , izārstēt peles ģenētiskās slimības un pērtiķu pāris, kas dzimuši ar mērķtiecīgām mutācijām .
CRISPR parādās arī kā efektīvs līdzeklis datu glabāšanai DNS. 2017. gada martā Ņujorkas genoma centra pētnieku pāris publicēja ziņojumu Zinātne žurnāls, kurā sīki aprakstītas saspiestu failu glabāšanas metodes DNS molekulās. Izmantojot algoritmu failu tulkošanai binārā kodā, kuru var kartēt uz DNS nukleotīdu bāzēm, pētnieki varēja kodēt kopumā sešus failus: 1948. gada akadēmisko rakstu, Pioneer plāksni, operētājsistēmu, vīruss, 1895. gada filmaVilciena ierašanās stacijā La Ciotat... un Amazon $ 50 dāvanu karte.
Dažus mēnešus vēlāk Hārvardas medicīnas skolas zinātnieku komanda kodēja videoklipu dzīvas E.Coli baktēriju šūnas DNS . Mērķis ir izstrādāt izgatavošanas sistēmumolekulārie reģistratori - DNS, kas spēj ierakstīt savu informāciju no apkārtnes. To varētu izmantot visā, sākot no augsnes piesārņojuma novērošanas, līdz mūsu izpratnes par neiroloģisko darbību pilnveidošanai.
DARPA programmas Drošie gēni ietvaros septiņas komandas iekļauj aHārvardas Medicīnas skolas doktora Amita Čoudhari vadītā komanda, kas izstrādā veidus, kā kontrolēt malāriju izplatošos odus, otra Hārvardas Medicīnas skolas komanda, kas vēlas izmantot CRISPR, lai atklātu un mainītu radiācijas izraisītās mutācijas. Ziemeļkarolīnas štata universitātes komandas, kuru vada doktors Džons Godvins, mērķis ir mērķēt uz žurku gēnu dzīšanas sistēmām, lai pārvaldītu invazīvas sugas, savukārt Kalifornijas Universitāte, Berkeley, vēlas izmantot CRISPR, lai mērķētu uz Zikas un Ebola vīrusiem. Pilns projektu saraksts un informācija par komandu ir pieejama DARPA vietnē.
Pavisam nesen Tokijas Universitātes struktūrbiologs Osamu Nureki dalījās ar neticamiem kadriem, kā CRISPR reāllaikā rediģē DNS, kas bija daļa no viņa komandas nesen publicētā žurnāla Dabas komunikācijas . Zemāk esošajā klipā redzams, kā CRISPR pirms rediģēšanas meklē DNS. Var redzēt, ka DNS virkne tiek atvienota.
Sākotnēji kadri tika parādīti filmas apmeklētājiem CRISPR 2017 konferencē, kas notika jūnijā. Referāts tika iesniegts pēc šīs konferences un tika publicēts 10. novembrī.
CRISPR-Cas9: Vai tas ieradīsies Lielbritānijā?
Jā. Cilmes šūnu pētnieki Lielbritānijā lūdza atļauju modificēt cilvēka embrijus, mēģinot izprast agrīnu cilvēka attīstību, un samazināt spontāno abortu iespējamību. 2016. gada februārīCilvēka apaugļošanas un embrioloģijas pārvalde (HFEA) piešķīra atļauju.
CRISPR-Cas9: Kāpēc CRISPR ir slikts?
Kā jau minēts iepriekš, Cas9 var atpazīt tikai apmēram 20 bāzes garas ģenētiskās sekvences, kas nozīmē, ka garākas sekvences nevar mērķēt.Vēl svarīgāk ir tas, ka enzīms dažreiz joprojām sagriež nepareizā vietā. Noskaidrot, kāpēc tas ir, pats par sevi būs ievērojams izrāviens - tā labošana būs vēl lielāka.
Tad, protams, ir jautājums, ka CRISPR nedarbojās šausmīgi labi cilvēka embrijos, un tā jaunākās saites ar vēzi.
CRISPR-Cas9: Kam tas pieder?
Tas nav vienkāršs jautājums, uz kuru jāatbild. Uz to notiek patentu cīņa - pārsteidzoši, ņemot vērā, ka CRISPR dabiski notiek dažās baktērijās.
Tehnoloģiju apskatspaskaidro kaut arī CRISPR-Cas9 pirmo reizi tika aprakstītsZinātne2012. gadā Jennifer Doudna no UC Berkeley Feng Zhang no Broad Institute ieguva patentu par šo tehniku, iesniedzot laboratorijas piezīmjdatorus, kas pierāda, ka viņš to vispirms ir izgudrojis.
Pirmkārt, iesniedzot patenta tiesības, tas nozīmē, ka tas jāpiešķir Doudnai, taču lēmumu varēja izlemt, vispirms izdomājot noteikumus, kas būtu devuši priekšroku Džanam. Beigās, lieta tika atrisināta 2017. gada februārī , kad ASV Patentu izmēģinājumu un apelāciju padome nolēma, ka UC Berkeley tiks piešķirts patents par CRISPR-Cas9 lietošanu jebkurā dzīvā šūnā, savukārt Broad to iegūs jebkurā eikariotu šūnā - tas ir, augu un dzīvnieku šūnās.
Attēli: Petra B Frica , VeeDunn , NIH attēlu galerija , un Stīvs Jurvetsons izmanto zem Creative Commons
