Môže to znieť ako značka obilnín, ale CRISPR je jednou z najvýznamnejších revolúcií v genetike počas nášho života. V posledných mesiacoch sa objavili príbehy o výskumníkoch, ktorí používajú proteíny CRISPR-Cas na efektívnu úpravu genetických sekvencií DNA, ničenie HIV, konzumáciu Ziky ako Pac-man a ukladať GIF do DNA baktérií .
Napriek potenciálu CRISPR je to neuveriteľne kontroverzný postup. Vyžaduje si to rozrezanie a úplnú zmenu reťazcov DNA, aby sa zmenila genetická výbava človeka, a dve nové štúdie spojili takúto technológiu úpravy génov s nárastom rakoviny.
Papiere, jeden po druhom Novartis a druhý pri Karolinský inštitút , Vydaný vPrírodná medicína, dospeli k záveru, že techniky génovej terapie môžu oslabiť schopnosť človeka bojovať s nádormi a môžu viesť k rakovine, čo zvyšuje obavy o bezpečnosť génovej terapie založenej na CRISPR.
Poďme však trochu zálohovať.
Pozri súvisiace Čo sú kmeňové bunky a ako môžu zmeniť liek? Transplantácia hlavy človeka: Kontroverzný postup bol úspešne vykonaný na mŕtvole; živý postup hroziaci
Dva príspevky sa zamerali na gén p53. Predchádzajúce výskumy zistili, že niektoré ľudské nádory sa nemôžu vyvinúť, ak gén p53 funguje tak, ako má. Výsledkom je, že p53 pôsobí ako prirodzený obranný mechanizmus na ochranu genómu pred zmenami, ktoré robí CRISPR-Cas9. Keď sa CRISPR-Cas9 použije na úpravu genetického zloženia človeka, gén p53 preskočí na svoju obranu a účinne zabije upravené bunky tak, že sa samy zničia. Je to vlastne tento gén, ktorý v mnohých pokusoch oddialil pokrok a efektívnosť techniky CRISPR.
Avšak v prípadoch, keď CRISPR-Cas9 úspešne vykonal úpravy genómu osoby, naznačuje to, že gén konkrétnej bunky p53 je chybný alebo nefunkčný. To zase môže súvisieť s tým, že telo je menej schopné bojovať proti rakovine. Môže to spôsobiť najmä chybný p53bunky nekontrolovateľne rástli a stali sa rakovinovými a bol spájaný s prípadmirakovina vaječníkov, hrubého čreva a konečníka.
Výberom buniek, ktoré úspešne opravili poškodený gén, ktorý sme chceli opraviť, by sme mohli chtiac-nechtiac odobrať aj bunky bez funkčného p53, autorka štúdie Emma Haapaniemi z Karolinska Institute vysvetlil . Ak sa transplantujú pacientovi, ako je to pri génovej terapii dedičných chorôb, také bunky môžu viesť k rakovine, čo vyvoláva obavy o bezpečnosť génovej terapie založenej na CRISPR.
Treba však poznamenať, že spojenie s rakovinou nie je to isté ako spôsobenie rakoviny a výsledky týchto dvoch štúdií sú známe ako predbežné, čo znamená, že je potrebné vyvinúť ďalšie úsilie na posilnenie alebo odmietnutie zistení. Vedci sa dokonca rýchlo dištancujú od tvrdenia, že CRISPR je nebezpečný. Namiesto toho nastoľujú platné problémy a radia spoločnostiam a vedcom, ktorí útočia s klinickými skúškami, aby mali na pamäti tento odkaz.
Štúdie sa tiež zameriavajú na veľmi konkrétny typ techniky úpravy CRISPR - proteín Cas-9 používaný na korekciu chorej DNA vložením zdravej upravenej DNA - a je potrebné vykonať ďalšie kroky, aby sa zistilo, či iné formy úpravy génov vyvolávajú podobné obavy. V skutočnosti v snahe vyrovnať sa s podobnými predchádzajúcimi kritikami nedávno výskumníci zo Salkovho inštitútu uviedli riešenie. Namiesto takzvanej epigenetickej (alebo nad génom) CRISPR metódy by gény namiesto úpravy génov videli, že by sa gény zapínali a vypínali, a nie aby sa delili.
Úpravou epigenómu sa vedcom podarilo riadiť chovanie génu bez priamej úpravy akejkoľvek DNA; modifikácia génov skôr ako úprava génov. V pokusoch na myšiach vedci zvrátili príznaky ochorenia obličiek, cukrovky typu 1 a formy svalovej dystrofie. Má tiež potenciál na odstránenie Alzheimerovej choroby.
Čo je CRISPR-Cas9?
CRISPR-Cas9 je nástroj na úpravu genómu, ktorý je schopný cielene rezať DNA a umožňuje vedcom presne upravovať stavebné prvky života. Pravdepodobne to uvidíte spomenuté spolu s trochu menej slávnym duom CRISPR-Cas1 a CRISPR-Cas2 - ktoré oba spájajú nakrájané kúsky DNA do vlastného genómu baktérie (o tom neskôr).
Cas9 bol skutočne prvýkrát pozorovaný v 80. rokoch ako súčasť obranných mechanizmov jednobunkových baktérií, ktoré zaisťujú, že bunky sú schopné odstrániť nežiaducich votrelcov. Vedci zistili, že prispôsobením technológie sú schopní zacieliť na sekvencie genómu s nebývalou rýchlosťou, presnosťou a presnosťou.
Predstavte si CRISPR-Cas9 ako hľadanie a nahradenie vyhľadávania v dokumente počítača, iba namiesto slov upravujete genetické sekvencie.Presná zmena DNA je vedecký svätý grál a jej potenciál je obrovský. Dalo by sa to použiť na eradikáciu chorôb - aj dedičné ako cystická fibróza, kosáčiková anémia a Huntington’s sa mohli stať minulosťou.
Názov CRISPR je skratkou pre menej chytľavé zoskupené pravidelne rozložené krátke palindromické opakovania. Časť Cas odkazuje na súvisiace s CRISPR.
CRISPR-Cas9: Ako to funguje?
CRISPR je súčasťou prirodzene sa vyskytujúcej obrany určitých baktérií. Keď baktéria zistí napadnutý vírus, je schopná kopírovať a zmiešať segmenty cudzej DNA do vlastného genómu okolo systému CRISPR. Cas9 robí rez, zatiaľ čo Cas1 a Cas2 vkladajú vonkajšiu DNA do genómu bunky.
ako sa pripojit k mojim susedom wifi bez hesla
Pri ďalšom zistení vírusu má CRISPR presnú kópiu sekvencie genómu, na ktorú si treba dávať pozor, a do ktorej vstupuje proteín Cas: dokáže rozrezať DNA a neuveriteľnou presnosťou deaktivovať nežiaduce gény.
Alebo ako vysvetľuje Carl Zimmer : Keď sa oblasť CRISPR naplní vírusovou DNA, stáva sa najžiadanejšou galériou, ktorá predstavuje nepriateľov, s ktorými sa mikrób stretol. Mikrób potom môže pomocou tejto vírusovej DNA zmeniť Cas enzýmy na presne navádzané zbrane. Mikrób kopíruje genetický materiál v každom spaceri do molekuly RNA. Enzýmy Cas potom absorbujú jednu z molekúl RNA a kolísajú ju. Vírusová RNA a enzýmy Cas spolu prechádzajú bunkou. Ak narazia na genetický materiál z vírusu, ktorý sa zhoduje s RNA CRISPR, RNA sa pevne uchytí. Enzýmy Cas potom sekajú DNA na dve časti, čím zabraňujú replikácii vírusu.
V roku 2012 publikovali vedci z Kalifornskej univerzity v Berkeley a prelomový papier čo dokazuje, že boli schopní preprogramovať imunitný systém CRISPR-Cas tak, aby mohli ľubovoľne upravovať gény. CRISPR-Cas9 používa špecifický proteín Cas a hybridnú RNA, ktoré dokážu identifikovať a upraviť ľubovoľnú génovú sekvenciu. Možnosti sú obrovské.
Stručne povedané, CRISPR uvádza zoznam DNA sekvencií, na ktoré je potrebné zamerať, a potom Cas9 vykoná rezanie. Vedcom stačí naprogramovať CRISPR so správnym kódom a Cas9 urobí zvyšok.
To by sa mohlo týkať aj chybných génov - sekcie, ktoré momentálne spôsobujú problémy, je možné odstrániť pomocou nástroja CRISPR-Cas9 a potom ich nahradiť zdravým genetickým kódom, čo teoreticky problém vyrieši.
CRISPR-Cas9: Bol použitý na ľuďoch?
Áno, v Číne . Pomocou ľudských embryí získaných z kliniky plodnosti sa vedci pokúsili pomocou CRISPR-Cas9 upraviť gén, ktorý spôsobuje beta talasémiu v každej bunke. Je potrebné poznamenať, že použité embryá darcu boli neživotaschopné a nemohli viesť k živému pôrodu.
V každom prípade zlyhala a zlyhala dosť zle: bolo injikovaných 86 embryí a po 48 hodinách a približne 8 vypestovaných bunkách prežilo 71 a 54 z nich bolo geneticky testovaných. Iba 28 bolo úspešne spojených a len veľmi málo obsahovalo genetický materiál, ktorý výskumníci zamýšľali.Ak to chcete urobiť v normálnych embryách, musíte byť takmer na 100%, viesť výskumný pracovník Povedal Jungiu HuangPríroda . Preto sme sa zastavili. Stále si myslíme, že je to príliš nezrelé.
Okrem toho je veľmi pravdepodobné, že došlo k ďalším nedokumentovaným škodám. Ako New York Times vysvetľuje :Čínski vedci poukazujú na to, že pri svojom experimente editácia génov takmer určite spôsobila rozsiahlejšie škody, ako dokumentovali; neskúmali celé genómy buniek embrya.
Ako si viete predstaviť, vo vedeckej komunite to vyvolalo obrovské množstvo kontroverzií.
V novembri 2016 , ďalšia skupina čínskych vedcov začala ako prvá používať CRISPR-Cas9 na dospelého človeka a injikovala pacientovi s rakovinou pľúc imunitné bunky pacienta upravené pomocou CRISPR tak, aby deaktivovali proteín PD-1, čo teoreticky prinútilo telo pacienta bojovať proti rakovine .
Potom v a štúdium publikované 3. augusta, vedci úspešne „upravili“ ľudské embryá a odstránili chybný segment DNA, ktorý môže viesť k dedičnej chorobe srdca. Bol to medzníkový úspech a poskytoval možnosti potenciálnej prevencie okolo 10 000 genetických porúch s jedinou mutáciou (t. J. Chorôb spôsobených jedným chybným génom) u budúcich ľudí.
CRISPR-Cas9 a etika
Aj keď čínski vedci používali embryá, ktoré sa nemali vyvinúť do života, existujú skutočné etické obavy z experimentovania na ľudských embryách - skutočne, iba mesiac pred zverejnením čínskeho výskumu, skupina amerických vedcov vyzvala svet, aby tak nerobili .
Časť toho závisí od toho, aká je technológia nevyzretá - pamätajte, že sa aktívne používa iba od roku 2012, a bolo by úžasné, keby v tomto okamihu úplne dozrela. Vedci varovali, že použitie v tomto okamihu na človeka je príliš nepochopené a nebezpečné a čínsky výskum túto obavu nepochybne potvrdzuje. Aj keď to fungovalo bezchybne, existujú obavy, že by sa mohli po generácie vyskytnúť nepredvídané následky.
Ale aj keby to bolo 100% bezpečné a úspešné, existujú ďalšie etické obavy: zatiaľ čo nikto netvrdí, že by sme mali brzdiť potenciál vyhubenia zabíjačských genetických chorôb, ako sú Huntingtonova a cystická fibróza, CRISPR-Cas9 potenciálne ponúka príležitosť zmeniť čokoľvek o človeku. Pokiaľ je genetická sekvencia identifikovaná, je možné ju teoreticky upraviť.
Jedna vec je odstrániť choroby ovplyvňujúce život pred narodením - to je druhá vec, keď môžu rodičia navrhnúť svoje deti tak, aby boli silnejšie, rýchlejšie alebo lepšie vyzerajúce. Aj keď pripustíte, že toto by malo byť ľuďom umožnené, je pravdepodobné, že by sa to výrazne komercializovalo, čo zabezpečí, že iba tí bohatí si budú môcť dovoliť všetky ďalšie životné výhody, ktoré by si mohli dovoliť, čo masívne ovplyvňuje nerovnosť.
CRISPR-Cas9: Čo sa doteraz urobilo?
Samozrejme, tieto etické otázky sú vzdialené milión kilometrov, keď jediný zaznamenaný embryonálny ľudský experiment spôsobil tak vysoko viditeľný neúspech. CRISPR-Cas9 však teraz ukazuje extrémne sľubné výsledky v menších testoch.
Príklady zahŕňajú Prevencia HIV infekcie v ľudských bunkách , liečenie genetických chorôb myší a pár opíc narodených s cielenými mutáciami .
CRISPR sa tiež ukazuje ako efektívny prostriedok na uchovávanie údajov v DNA. V marci 2017 dvojica vedcov z newyorského genómového centra zverejnila správu v Veda časopis podrobne popisujúci spôsoby ukladania komprimovaných súborov v molekulách DNA. Pomocou algoritmu na preklad súborov do binárneho kódu, ktorý je možné mapovať na nukleotidové bázy DNA, dokázali vedci zakódovať celkom šesť súborov: akademický dokument z roku 1948, plaketa Pioneer, operačný systém, vírus, film z roku 1895Príchod vlaku na stanicu La Ciotat... a darčeková karta Amazon v hodnote 50 dolárov.
O niekoľko mesiacov neskôr tím vedcov z Harvardskej lekárskej fakulty zakódoval slučkový videoklip do DNA živej bunky baktérie E.Coli . Cieľom je vyvinúť systém výrobymolekulárne zapisovače - DNA, ktorá je schopná zaznamenávať svoje vlastné informácie z okolia. To by sa dalo využiť pri všetkom, od monitorovania znečistenia pôdy, až po revolúciu v našom chápaní neurologickej činnosti.
Súčasťou programu Safe Genes programu DARPA je sedem tímov vrátanetím pod vedením Dr. Amita Choudharyho z Harvardskej lekárskej fakulty, ktorý vyvíja spôsoby kontroly komárov šíriacich maláriu, druhý tím Harvardskej lekárskej fakulty, ktorý sa snaží pomocou systému CRISPR detekovať a zvrátiť mutácie spôsobené žiarením. Tím Štátnej univerzity v Severnej Karolíne pod vedením Dr. Johna Godwina sa zameriava na systémy génovej pohonu u potkanov na zvládnutie invazívnych druhov, zatiaľ čo Kalifornská univerzita v Berkeley chce použiť CRISPR na zameranie vírusov Zika a Ebola. Celý zoznam projektov a podrobnosti o tíme sú k dispozícii na webových stránkach DARPA.
Nedávno zdieľal štrukturálny biológ Osamu Nureki z Tokijskej univerzity neuveriteľné zábery z úpravy CRISPR DNA v reálnom čase, ktorá bola súčasťou nedávnej práce jeho tímu publikovanej v časopise Komunikácia o prírode . Klip nižšie ukazuje, ako CRISPR prehľadáva DNA pred vykonaním jej úprav. Môžete vidieť, že sa reťazec DNA odpojil.
Zábery boli pôvodne zobrazené účastníkom CRISPR 2017 konferencia, ktorá sa konala v júni. Príspevok bol predložený po tejto konferencii a bol zverejnený 10. novembra.
CRISPR-Cas9: Príde do Veľkej Británie?
Áno. Výskumníci v oblasti kmeňových buniek v UK hľadal povolenie modifikovať ľudské embryá v snahe porozumieť rannému vývoju človeka a znížiť pravdepodobnosť potratu. Vo februári 2016 saPovolenie udelil Úrad pre humánne oplodnenie a embryológiu (HFEA).
CRISPR-Cas9: Prečo je CRISPR zlý?
Ako už bolo spomenuté, Cas9 dokáže rozpoznať iba genetické sekvencie dlhé približne 20 báz, čo znamená, že na dlhšie sekvencie nemožno zamerať.Dôležitejšie je, že enzým stále niekedy krája na nesprávnom mieste. Zistenie, prečo to je, bude samo o sebe významným prielomom - oprava bude ešte väčšia.
Potom samozrejme existuje problém, že CRISPR v ľudských embryách veľmi nepracoval, a jeho novšie súvislosti s rakovinou.
CRISPR-Cas9: Kto ho vlastní?
Na to nie je jednoduchá odpoveď. Je predmetom prebiehajúcej patentovej bitky - prekvapivo sa CRISPR prirodzene vyskytuje v určitých baktériách.
Preskúmanie technológievysvetľuje že aj keď bol CRISPR-Cas9 prvýkrát opísaný vVedav roku 2012 Jennifer Doudna z UC Berkeley získala Feng Zhang zo Širokého inštitútu patent na túto techniku predložením laboratórnych poznámkových blokov, ktoré dokazujú, že ju vynašiel ako prvý.
Prvé podanie patentových práv znamená, že by sa to malo udeliť spoločnosti Doudna, ale rozhodnutie mohlo byť prijaté na základe toho, že sa najskôr vymyslia pravidlá, ktoré by zvýhodnili Zhanga. Na koniec, prípad bol vyriešený vo februári 2017 , keď americká patentová súdna a odvolacia komisia rozhodla, že spoločnosti UC Berkeley bude udelený patent na použitie CRISPR-Cas9 v ktorejkoľvek živej bunke, zatiaľ čo Broad ho dostane v ktorejkoľvek eukaryotickej bunke - teda bunkách rastlín a zvierat.
Snímky: Petra B Fritz , VeeDunn , Galéria obrázkov NIH a Steve Jurvetson použité pod Creative Commons
