See võib tunduda teraviljabrändina, kuid CRISPR on meie eluajal üks olulisemaid geneetika revolutsioone. Viimastel kuudel on ilmnenud lood teadlaste kohta, kes kasutavad CRISPR-Cas valke DNA geneetiliste järjestuste tõhusaks muutmiseks, HIV tapmiseks, Zika söömiseks nagu Pac-man ja salvestage GIF bakterite DNA-sse .
Vaatamata CRISPRi potentsiaalile on see uskumatult vastuoluline menetlus. See nõuab DNA geenide lõikamist ja täielikku muutmist, et muuta inimese geneetilist koosseisu, ja kaks uut uuringut on sellist geenide redigeerimise tehnoloogiat seostanud vähi kasvuga.
Paberid ükshaaval Novartis ja teine poolt Karolinska instituut , avaldatud aastalLoodusmeditsiinjäreldusele, et geeniteraapia tehnikad võivad nõrgendada inimese võimet kasvajatega võidelda ja põhjustada vähki, mis tekitab muret CRISPR-põhiste geeniteraapiate ohutuse pärast.
Varundagem siiski natuke.
Vaadake seonduvaid Mis on tüvirakud ja kuidas saavad ravimit muuta? Inimese pea siirdamine: surnukehal edukalt läbi viidud vastuoluline protseduur; otsene protseduur
Need kaks artiklit keskendusid geenile p53. Varasemad uuringud on leidnud, et teatud inimese kasvajad ei saa areneda, kui p53 geen töötab nii nagu peaks. Selle tulemusena toimib p53 loodusliku kaitsemehhanismina, et kaitsta genoomi CRISPR-Cas9 tehtud muudatuste eest. Kui CRISPR-Cas9 kasutatakse inimese geneetilise koostise muutmiseks, hüppab geen p53 oma kaitsele ja tapab redigeeritud rakud tõhusalt, põhjustades nende enesehävitamist. Tegelikult on see geen viivitanud CRISPR-tehnika edenemist ja efektiivsust mitmetes katsetes.
Juhtudel, kui CRISPR-Cas9 on edukalt inimese genoomi muutnud, viitab see sellele, et konkreetse raku p53 geen on vigane või talitlushäire. See võib omakorda olla seotud sellega, et keha suudab vähem vähi vastu võidelda. Eelkõige võib põhjustada vigane p53rakud kasvavad kontrollimatult ja muutuvad vähkkasvajaks ning seda on seostatudmunasarja-, käärsoole- ja pärasoolevähk.
Valides rakud, mis on parandanud kahjustatud geeni, mille kavatsesime parandada, võime tahtmatult korjata ka rakke, millel pole funktsionaalset p53, uuringu autor Emma Haapaniemi Karolinska Instituudist selgitas . Kui need siirdatakse patsiendile, nagu pärilike haiguste geeniteraapias, võivad sellised rakud põhjustada vähki, mis tekitab muret CRISPR-põhise geeniteraapia ohutuse pärast.
Tuleb siiski märkida, et seos vähiga ei ole sama mis vähi tekitamine ja nende kahe uuringu tulemused on nn esialgsed, mis tähendab, et leidude tugevdamiseks või tagasilükkamiseks on vaja täiendavat tööd. Teadlased kalduvad isegi kiiresti kaugenema väitest, et CRISPR on ohtlik. Selle asemel tõstatavad nad kehtivaid probleeme ja soovitavad kliiniliste uuringutega tormavatel ettevõtetel ja teadlastel olla selle seose suhtes tähelepanelikud.
Uuringud keskenduvad ka väga konkreetsele CRISPR-i redigeerimismeetodi tüübile - Cas-9 valk, mida kasutatakse haigestunud DNA korrigeerimiseks terve, redigeeritud DNA sisestamise teel - ning edasine töö on vajalik selleks, et näha, kas muud geenide redigeerimise vormid tekitavad sarnaseid probleeme. Tõepoolest, püüdes sarnase varasema kriitika vastu tulla, teatasid Salki instituudi teadlased hiljuti lahendusest. Geenide redigeerimise asemel näeks nende nn epigeneetiline (või geeni kohal olev) CRISPR-meetod geenide sisse- või väljalülitamist, mitte lõikamist.
Epigenoomi muutmise abil suutsid teadlased kontrollida geeni käitumist ilma DNA-d otseselt muutmata; pigem geenide modifitseerimine kui geenide redigeerimine. Hiirtega tehtud uuringutes muutsid teadlased neeruhaiguse, I tüübi diabeedi ja lihasdüstroofia vormid. Sellel on ka potentsiaal Alzheimeri tõve likvideerimiseks.
Mis on CRISPR-Cas9?
CRISPR-Cas9 on genoomi redigeerimise tööriist, mis on võimeline sihipäraselt DNA-d lõikama, võimaldades teadlastel elu ehitusmaterjale täpselt redigeerida. Tõenäoliselt näete seda mainitud koos veidi vähem kuulsa CRISPR-Cas1 ja CRISPR-Cas2 duo kõrval - mõlemad ühendavad DNA-tükid bakteri enda genoomiks (rohkem sellest hiljem).
Cas9 täheldati esmakordselt 1980. aastatel üherakuliste bakterite kaitsemehhanismide osana, mis tagavad rakkude võimekuse soovimatute sissetungijate eemaldamiseks. Teadlased on leidnud, et tehnoloogiat kohandades suudavad nad genoomijärjestusi enneolematu kiiruse, täpsuse ja täpsusega sihtida.
Kujutage CRISPR-Cas9 nagu arvutidokumendis leid ja asenda otsing, ainult sõnade asemel muudate geneetilisi järjestusi.Täpselt modifitseeriv DNA on teaduslik püha graal ja potentsiaal on tohutu. Seda saaks kasutada haiguste likvideerimiseks - isegi sellised pärilikud haigused nagu tsüstiline fibroos, sirprakuline aneemia ja Huntingtoni haigused võivad jääda minevikku.
Nimi CRISPR on akronüüm vähem meeldejäävate rühmitatud regulaarselt vahepealsete lühikeste palindroomsete korduste kohta. Cas-osa viitab seotud CRISPR-ile.
CRISPR-Cas9: Kuidas see töötab?
CRISPR on osa teatud bakterite looduslikult esinevatest kaitsemehhanismidest. Kui bakter tuvastab sissetungiva viiruse, suudab ta kopeerida ja segada võõra DNA segmendid omaenda genoomi CRISPR-i ümber. Cas9 lõikab, Cas1 ja Cas2 sisestavad välise DNA raku genoomi.
kuidas facebookis kommentaarid välja lülitada
Järgmisel viiruse märkamisel on CRISPR-il genoomijärjestuse täpne koopia, millele tähelepanu pöörata, just sinna tuleb Cas-valk: see võib DNA üles lõigata ja keelata soovimatud geenid uskumatu täpsusega.
Või nagu Carl Zimmer selgitab : Kui CRISPRi piirkond täitub viiruse DNA-ga, saab sellest molekulaarseim soovitud galerii, mis esindab vaenlasi, kellega mikroob on kokku puutunud. Seejärel saab mikroob selle viiruse DNA abil Cas-ensüüme muuta täppisjuhitavateks relvadeks. Mikroob kopeerib igas vahetükis oleva geneetilise materjali RNA molekuliks. Cas-ensüümid võtavad seejärel ühe RNA-molekuli ja hoiavad seda. Koos triivivad viiruse RNA ja Cas ensüümid rakust läbi. Kui nad kohtuvad CRISPR RNA-ga sobiva viiruse geneetilise materjaliga, lukustub RNA tihedalt kinni. Seejärel tükeldavad Cas-ensüümid DNA kaheks, takistades viiruse paljunemist.
2012. aastal avaldasid Berkeley California ülikooli teadlased a murranguline paber näidates, et nad suutsid CRISPR-Cas immuunsüsteemi ümber programmeerida, et geene oma äranägemise järgi redigeerida. CRISPR-Cas9 kasutab spetsiifilist Cas-valku ja hübriidset RNA-d, mis suudab tuvastada ja muuta mis tahes geenijärjestust. Võimalused on tohutud.
Lühidalt, CRISPR loetleb sihitavad DNA järjestused ja siis Cas9 teeb lõikamise. Teadlased peavad lihtsalt CRISPRi programmeerima õige koodiga ja Cas9 teeb ülejäänu.
See võib kehtida ka vigaste geenide kohta - praegu probleeme tekitavad sektsioonid saab CRISPR-Cas9 abil eemaldada ja seejärel asendada tervisliku geneetilise koodiga, lahendades probleemi teoreetiliselt.
CRISPR-Cas9: Kas seda on inimestel kasutatud?
Jah, Hiinas . Viljakuskliinikust pärinevate inimembrüote abil püüdsid teadlased CRISPR-Cas9 abil redigeerida geeni, mis põhjustab beeta-talasseemiat igas rakus. Tuleb märkida, et kasutatud doonorembrüod ei olnud elujõulised ega saanud põhjustada elussündi.
Igal juhul see ebaõnnestus ja ebaõnnestus üsna halvasti: süstiti 86 embrüot ning 48 tunni pärast ja umbes kaheksa kasvanud rakku jäi ellu 71 ning neist 54 kontrolliti geneetiliselt. Vaid 28 oli edukalt ühendatud ja väga vähesed sisaldasid teadlaste kavandatud geneetilist materjali.Kui soovite seda teha tavalistes embrüodes, peate olema 100% lähedal, juhtivteadur Jungiu Huang ütlesLoodus . Sellepärast me peatusimegi. Me arvame endiselt, et see on liiga ebaküps.
Lisaks on äärmiselt tõenäoline, et tekitati rohkem dokumentideta kahjustusi. Nagu New York Times selgitab :Hiina teadlased rõhutavad, et oma katses tekitas geenide redigeerimine peaaegu kindlasti ulatuslikumat kahju, kui nad dokumenteerisid; nad ei uurinud embrüorakkude kogu genoomi.
Nagu võite ette kujutada, tekitas see teadlaskonnas tohutut poleemikat.
2016. aasta novembris , teine Hiina teadlaste rühm kasutas esimesena CRISPR-Cas9 täiskasvanud inimese peal, süstides kopsuvähihaigele patsiendi immuunrakke, mida CRISPR oli modifitseerinud, et keelata PD-1 valk, pannes teoreetiliselt patsiendi keha vähi vastu võitlema .
Siis a Uuring 3. augustil avaldatud teadlased ‘toimetasid’ edukalt inimese embrüoid, eemaldades DNA vigase segmendi, mis võib põhjustada pärilikku südamehaigust. See oli märkimisväärne saavutus ja pakkus võimalusi umbes 10 000 ühe mutatsiooni geneetilise häire (st ühe vigase geeni põhjustatud haiguste) ennetamiseks tulevastel inimestel.
CRISPR-Cas9 ja eetika
Ehkki Hiina teadlased kasutasid embrüoid, mis ei arenenud eluks, on inimembrüotega katsetamise osas tõelised eetilised probleemid - tõepoolest, vaid kuu enne Hiina uuringute avaldamist rühm Ameerika teadlasi kutsus maailma seda mitte tegema .
Osa sellest tuleneb tehnoloogia ebaküpsusest - pidage meeles, et see on olnud aktiivses kasutuses alles alates 2012. aastast ja oleks hämmastav, kui see oleks sellel hetkel täielikult küps. Teadlased hoiatasid, et seda on inimeste jaoks praegusel hetkel liiga valesti mõistetud ja ohtlik ning Hiina uuringud kinnitavad seda muret kindlasti. Isegi kui see töötas laitmatult, on muret, et ettenägematud tagajärjed võivad tekkida põlvkondade vältel.
Kuid isegi kui see oleks 100% ohutu ja edukas, on ka teisi eetilisi probleeme: kuigi keegi ei väida, et me peaksime pidurdama tapja geneetiliste haiguste, nagu Huntingtoni ja tsüstiline fibroos, hävitamise potentsiaali, pakub CRISPR-Cas9 võimalust muutuda midagi inimese kohta. Kuni geneetiline järjestus on tuvastatud, saab seda teoreetiliselt muuta.
Üks asi on elu mõjutavate haiguste eemaldamine enne sündi - hoopis teine asi on see, kui vanemad saavad kujundada oma lapsed tugevamaks, kiiremaks või paremaks. Isegi kui nõustute, et seda peaks lubama inimestel teha, on tõenäoline, et see kaubeldakse tugevalt, tagades, et ainult rikkad saaksid endale lubada kõiki täiendavaid elueeliseid, mida see võimaldaks, mõjutades massiliselt ebavõrdsust.
CRISPR-Cas9: Mida on seni tehtud?
Muidugi on need eetilised küsimused miljoni miili kaugusel, kui ainus registreeritud embrüonaalne inimkatse põhjustas nii suure tagasilöögi. Kuid CRISPR-Cas9 näitab nüüd väiksematel testidel ülilootavaid tulemusi.
Näited hõlmavad järgmist HIV-nakkuse ennetamine inimrakkudes , hiire geneetiliste haiguste ravimine ja ahvipaar, kes on sündinud suunatud mutatsioonidega .
CRISPR on kujunemas ka tõhusaks vahendiks andmete talletamiseks DNA-s. 2017. aasta märtsis avaldas New Yorgi genoomikeskuse teadlaste paar aruande Teadus ajakiri, milles kirjeldatakse üksikasjalikult meetodeid kokkusurutud failide säilitamiseks DNA molekulides. Algoritmi abil failide tõlkimiseks binaarkoodiks, mille saab kaardistada DNA nukleotiidialustele, suutsid teadlased kodeerida kokku kuus faili: 1948. aasta akadeemiline töö, Pioneer tahvel, operatsioonisüsteem, viirus, film 1895Rongi saabumine La Ciotati jaama... ja 50 dollari suurune Amazoni kinkekaart.
Mõni kuu hiljem töötas Harvardi meditsiinikooli teadlaste meeskond kodeeris elutseva E.Coli bakteriraku DNA-sse loopitava videoklipi . Eesmärk on välja töötada valmistamise süsteemmolekulaarsed salvestajad - DNA, mis on võimeline oma teavet ümbritsevast salvestama. Seda saab kasutada kõiges, alates pinnase reostuse jälgimisest kuni meie arusaama neuroloogilise aktiivsusega muutmiseni.
DARPA programmi Safe Genes raames kuuluvad seitsme meeskonna hulka aHarvardi meditsiinikooli dr Amit Choudhary juhitud meeskond, kes töötab välja viise malaariat levitavate sääskede tõrjeks, teine Harvardi meditsiinikooli meeskond, kes soovib kasutada CRISPR-i kiirgusest tingitud mutatsioonide avastamiseks ja tagasipööramiseks. Põhja-Carolina osariigi ülikooli meeskond dr John Godwini juhtimisel soovib invasiivsete liikide haldamiseks sihtida rottide geenijuhtimissüsteeme, samas kui Berkeley California ülikool soovib Zika ja Ebola viiruste sihtimiseks kasutada CRISPR-i. Projektide täielik loetelu ja meeskonna üksikasjad on saadaval DARPA veebisaidil.
Hiljuti jagas Tokyo ülikooli struktuuribioloog Osamu Nureki uskumatuid kaadreid CRISPR-i reaalajas redigeerimisest, mis oli osa tema meeskonna hiljutisest ajakirjas avaldatud dokumendist Looduskommunikatsioon . Allolev klipp näitab CRISPR-i DNA-d enne muudatuste tegemist. Näete, kuidas DNA ahel katkeb.
Filmimaterjali näidati algselt filmi osalejatele CRISPR 2017 juunis toimunud konverentsil. Ettekanne esitati pärast seda konverentsi ja see avaldati 10. novembril.
CRISPR-Cas9: Kas see tuleb Ühendkuningriiki?
Jah. Tüvirakkude uurijad Ühendkuningriigis küsis luba muuta inimese embrüoid, püüdes mõista inimese varajast arengut, ja vähendada raseduse katkemise tõenäosust. 2016. aasta veebruaris toimusInimese viljastamise ja embrüoloogia amet (HFEA) andis loa.
CRISPR-Cas9: Miks on CRISPR halb?
Nagu varem mainitud, suudab Cas9 ära tunda ainult umbes 20 aluse pikkuseid geneetilisi järjestusi, mis tähendab, et pikemaid järjestusi ei saa sihtida.Veelgi olulisem on see, et ensüüm lõikub mõnikord ikka vales kohas. Selle väljaselgitamine on omaette märkimisväärne läbimurre - selle parandamine on veelgi suurem.
Siis on muidugi küsimus, et CRISPR ei töötanud inimembrüodes kohutavalt hästi, ja selle uuemad seosed vähiga.
CRISPR-Cas9: kellele see kuulub?
See pole lihtne küsimus, millele vastata. Selle suhtes toimub käimasolev patendilahing - üllataval kombel esineb CRISPR teatud bakterites loomulikult.
Tehnoloogiaülevaadeselgitab et kuigi CRISPR-Cas9 kirjeldati esmakordselt aastalTeadus2012. aastal Jennifer Doudna UC Berkeleyst, Feng Zhang Laia Instituudist võitis selle tehnika patendi, esitades laborimärkmikud, mis tõestavad, et ta on selle kõigepealt välja mõelnud.
Esmalt patendiõiguste esitamine tähendab, et see tuleks anda Doudnale, kuid otsuse oleks võinud otsustada kõigepealt reeglite väljamõtlemise, mis oleks Zhangit soosinud. Lõpuks, juhtum lahendati 2017. aasta veebruaris , kui USA patendi- ja apellatsiooninõukogu otsustas, et UC Berkeleyle antakse patent CRISPR-Cas9 kasutamise kohta mis tahes elus rakus, samas kui Broad saab selle mis tahes eukarüootses rakus - see tähendab taimede ja loomade rakkudes.
Pildid: Petra B Fritz , VeeDunn , NIH pildigalerii ja Steve Jurvetson kasutatakse Creative Commonsi all
