Можда звучи као марка житарица, али ЦРИСПР је једна од најзначајнијих револуција у генетици током нашег живота. Последњих месеци појавиле су се приче о истраживачима који користе ЦРИСПР-Цас протеине да ефикасно уређују генетске секвенце ДНК, убијају ХИВ, једу Жику као Пац-ман и чувају ГИФ у ДНК бактерија .
Ипак, упркос потенцијалу ЦРИСПР-а, то је невероватно контроверзан поступак. Потребно је да се ДНК сече и потпуно измени како би се променио генетски састав особе, а две нове студије повезале су такву технологију уређивања гена са порастом рака.
Папири, један по један Новартис а други по Каролинска институт , објављена уНатуре Медицине, закључите да технике генске терапије могу да ослабе способност особе да се бори против тумора и могу да доведу до рака, што изазива забринутост за сигурност генетских терапија заснованих на ЦРИСПР-у.
Вратимо се мало уназад.
Погледајте повезане Шта су матичне ћелије и како могу да промене лек? Трансплантација људске главе: контроверзни поступак успешно изведен на лешу; непосредна процедура уживо
Два рада су се фокусирала на ген п53. Претходно истраживање је открило да се одређени људски тумори не могу развити ако ген п53 ради како треба. Као резултат, п53 делује као природни одбрамбени механизам за заштиту генома од врста промена које је извршио ЦРИСПР-Цас9. Када се ЦРИСПР-Цас9 користи за уређивање генетског састава особе, ген п53 скаче у своју одбрану и ефикасно убија уређене ћелије узрокујући да се сами униште. Заправо је овај ген одложио напредак и ефикасност ЦРИСПР технике у бројним испитивањима.
Међутим, у случајевима када је ЦРИСПР-Цас9 успешно извршио измене у геному особе, то сугерише да је ген п53 одређене ћелије неисправан или нефункционалан. Ово, пак, може бити повезано са тим што је тело мање способно да се бори против рака. Конкретно, неисправан п53 може да изазовећелије неконтролисано расту и постају канцерозне, а то је повезано са случајевимарак јајника, дебелог црева и ректума.
Одабиром ћелија које су успешно поправиле оштећени ген који смо намеравали да поправимо, могли бисмо нехотице да одаберемо и ћелије без функционалног п53, ауторица студије Емма Хаапаниеми са Каролинског института објаснио . Ако се трансплантирају пацијенту, као у генетској терапији наследних болести, такве ћелије могу да доведу до рака, што изазива забринутост за сигурност генетских терапија заснованих на ЦРИСПР-у.
Треба напоменути, међутим, да повезивање са раком није исто што и изазивање рака, а резултати у ове две студије су оно што је познато као прелиминарни, што значи да је потребан даљи рад на јачању или одбацивању налаза. Истраживачи се чак брзо дистанцирају од изјаве да је ЦРИСПР опасан. Уместо тога, они покрећу ваљана питања и саветују компаније и научнике који настављају са клиничким испитивањима да пазе на везу.
Студије се такође фокусирају на врло одређену врсту технике уређивања ЦРИСПР - протеин Цас-9 који се користи за корекцију оболеле ДНК уметањем здраве, уређене ДНК - и потребан је даљи рад како би се утврдило да ли други облици уређивања гена генеришу сличне проблеме. Заправо, у покушају да се ухвате у коштац са сличним, претходним критикама, истраживачи са Института Салк недавно су известили заобилазно решење. Уместо да уређује гене, њихова такозвана епигенетска (или изнад гена) ЦРИСПР метода ће видети да се гени укључују или искључују, уместо да се пресецају.
Модификовањем епигенома, научници су могли да контролишу понашање гена без директне модификације било које ДНК; модификација гена, а не уређивање гена. У испитивањима на мишевима, научници су преокренули симптоме болести бубрега, дијабетеса типа 1 и облика мишићне дистрофије. Такође има потенцијал за искорењивање Алцхајмерове болести.
Шта је ЦРИСПР-Цас9?
ЦРИСПР-Цас9 је алат за уређивање генома који је способан да циљано реже ДНК, омогућавајући научницима да тачно уређују грађевне блокове живота. Вероватно ћете видети да се помиње заједно са мало мање познатим двојцем ЦРИСПР-Цас1 и ЦРИСПР-Цас2 - обојица који спајају исечене делове ДНК у сопствени геном бактерије (о томе касније).
Цас9 је заправо први пут примећен 1980-их као део одбрамбених механизама једноћелијских бактерија, који осигуравају да ћелије могу да уклоне нежељене уљезе. Научници су открили да су, прилагођавајући технологију, способни да циљају секвенце генома са невиђеном брзином, прецизношћу и тачношћу.
Замислите ЦРИСПР-Цас9 као тражење проналаска и замене у рачунарском документу, само уместо речи уређујете генетске секвенце.Тачно модификовање ДНК је научни свети грал, а потенцијал је огроман. Могао би се користити за искорењивање болести - чак и наследне попут цистичне фиброзе, српастоћелијске анемије и Хунтингтонове болести могле би постати ствар прошлости.
Назив ЦРИСПР скраћеница је за мање привлачне гроздасте редовно међусобно размакнуте кратке палиндромске репете. Део Цас односи се на ЦРИСПР повезан.
ЦРИСПР-Цас9: Како то функционише?
ЦРИСПР је део природне одбране одређених бактерија. Када бактерија открије вирус који напада, она је у стању да копира и уклопи сегменте стране ДНК у свој геном око ЦРИСПР-а. Цас9 врши сечење, док Цас1 и Цас2 убацују спољашњу ДНК у геном ћелије.
како претворити вав датотеку у мп3
Следећи пут када вирус примети, ЦРИСПР има тачну копију секвенце генома на коју треба обратити пажњу, а ту долази Цас протеин: може да пресече ДНК и онемогућава нежељене гене са невероватном тачношћу.
Или, како објашњава Царл Зиммер : Како се регион ЦРИСПР пуни ДНК вируса, он постаје молекуларно најтраженија галерија, представљајући непријатеље на које је микроб наишао. Тада микроб може да користи ову вирусну ДНК да претвори Цас ензиме у оружје прецизно вођено. Микроб копира генетски материјал из сваког одстојника у молекул РНК. Цас ензими затим заузимају један од молекула РНК и колебају га. Заједно, вирусна РНК и ензими Цас плутају кроз ћелију. Ако наиђу на генетски материјал вируса који се подудара са ЦРИСПР РНК, РНК се чврсто закачи. Цас ензими тада уситњавају ДНК на два дела, спречавајући репликацију вируса.
2012. научници са Универзитета у Калифорнији, Беркелеи, објавили су а револуционарни папир показујући да су могли да репрограмирају имунолошки систем ЦРИСПР-Цас да уређују гене по својој вољи. ЦРИСПР-Цас9 користи специфични Цас протеин и хибридну РНК која може идентификовати и уредити било коју секвенцу гена. Могућности су огромне.
Укратко, ЦРИСПР наводи секвенце ДНК које се циљају, а затим Цас9 врши сечење. Научници само требају да програмирају ЦРИСПР помоћу правог кода, а Цас9 ради остало.
Ово би се такође могло применити на неисправне гене - делови који тренутно изазивају проблеме могли би се уклонити помоћу ЦРИСПР-Цас9, а затим заменити здравим генетским кодом, теоретски решавајући проблем.
ЦРИСПР-Цас9: Да ли је коришћен на људима?
Да, у Кини . Користећи људске ембрионе из клинике за плодност, научници су покушали да користе ЦРИСПР-Цас9 за уређивање гена који узрокује бета таласемију у свакој ћелији. Треба напоменути да су коришћени донаторски ембриони били не одрживи и нису могли да резултирају живорођеним дететом.
У сваком случају, није успео, и то прилично лоше: убризгано је 86 ембриона, а након 48 сати и око осам пораслих ћелија, 71 је преживело, а 54 од њих су генетски тестиране. Само 28 је успешно спојено, а врло мало их је садржало генетски материјал који су истраживачи намеравали.Ако то желите да урадите у нормалним ембрионима, треба да будете близу 100%, водећи истраживач Јунгиу Хуанг је рекаоПрирода . Због тога смо стали. Још увек мислимо да је превише незрело.
Поврх тога, изузетно је вероватно да је направљена већа штета без докумената. Као Нев Иорк Тимес објашњава :Кинески истраживачи истичу да је у њиховом експерименту уређивање гена готово сигурно проузроковало већу штету него што су документовали; нису испитали читаве геноме ћелија ембриона.
Као што можете претпоставити, изазвао је огромну количину контроверзе у научној заједници.
У новембру 2016 , друга група кинеских научника постала је прва која је користила ЦРИСПР-Цас9 на одраслом човеку, убризгавајући обољелом од рака плућа имунолошке ћелије пацијента модификоване ЦРИСПР-ом да онемогуће протеин ПД-1, теоретски чинећи да тело пацијента узврати борбу против рака .
Затим, у а студија објављено 3. августа, научници су успешно ‘уредили’ људске ембрионе, уклањајући неисправан сегмент ДНК који може довести до наследне болести срца. То је било преломно достигнуће и омогућило је потенцијално спречавање око 10.000 генетских поремећаја са једном мутацијом (тј. Болести изазване једним неисправним геном) код будућих људи.
ЦРИСПР-Цас9 и етика
Иако су кинески научници користили ембрионе који се нису прерасли у живот, постоје стварне етичке забринутости око експериментисања на људским ембрионима - заиста, само месец дана пре објављивања кинеског истраживања, група америчких научника позвала је свет да то не чини .
Део овога се своди на то колико је технологија незрела - имајте на уму да се активно користи тек од 2012. године и било би запањујуће да је у овом тренутку потпуно сазрела. Научници су упозорили да је у овом тренутку било превише несхваћено и опасно за употребу на људима, а кинеска истраживања сигурно потврђују ову забринутост. Чак и ако је функционисало беспрекорно, постоји забринутост да би непредвиђене последице могле настати генерацијама.
Али, чак и кад би био 100% сигуран и успешан, постоје и друге етичке забринутости: иако нико не тврди да бисмо требали задржати потенцијал уништавања генетских болести убица као што су Хунтингтон и цистична фиброза, ЦРИСПР-Цас9 потенцијално нуди могућност промене било шта о човеку. Све док је генетска секвенца идентификована, у теорији се може уређивати.
Једно је уклонити болести које утичу на живот пре рођења - сасвим друго је што родитељи могу да дизајнирају своје бебе да буду јаче, брже или лепшег изгледа. Чак и ако прихватите да је то нешто што би људима требало бити дозвољено, шансе су да би се то комерцијализовало, осигуравајући да само богати могу себи приуштити све додатне животне предности које би то имало, масовно утичући на неједнакост.
ЦРИСПР-Цас9: Шта је до сада урађено?
Наравно, ова етичка питања су удаљена милион миља када је једини забележени ембрионални људски експеримент изазвао тако високи профил. Међутим, ЦРИСПР-Цас9 сада показује изузетно обећавајуће резултате у мањим тестовима.
Примери укључују Превенција ХИВ инфекције у људским ћелијама , лечење генетских болести миша и пар мајмуна рођених са циљаним мутацијама .
ЦРИСПР се такође појављује као ефикасно средство за чување података у ДНК. У марту 2017. године, пар истраживача из њујоршког Геноме Центра објавио је извештај у Наука часопис, који детаљно описује методе за чување компримованих датотека у молекулима ДНК. Уз помоћ алгоритма за превођење датотека у бинарни код који се може пресликати на нуклеотидне базе ДНК, истраживачи су успели да кодирају укупно шест датотека: академски рад из 1948. године, Пионеер-ова плакета, оперативни систем, вирус, филм из 1895Долазак воза на станицу Ла Циотат… И Амазон поклон-карту за 50 долара.
Неколико месеци касније, тим научника са Харвард Медицал Сцхоол кодирао видео снимак са петљом у ДНК живе ћелије бактерије Е.Цоли . Циљ је развити систем за израдумолекуларни снимачи - ДНК која је способна да бележи сопствене информације из свог окружења. Ово се може користити у свему, од надгледања загађења тла, до револуције у нашем разумевању неуролошке активности.
Као део ДАРПА-овог програма Сигурни гени, седам тимова укључује атим који је предводио др. Амит Цхоудхари на Медицинском факултету Харвард који развија начине за контролу комараца који се шире маларијом, други тим Медицинске школе Харварда који жели да користи ЦРИСПР за откривање и поништавање мутација изазваних зрачењем. Тим Државног универзитета у Северној Каролини, предвођен др. Џоном Годвином, има за циљ циљање система генских покрета код пацова ради управљања инвазивним врстама, док калифорнијски универзитет у Берклију жели да користи ЦРИСПР за циљање вируса Зика и Ебола. Комплетна листа пројеката и детаљи о тиму доступни су на веб локацији ДАРПА.
У скорије време, структурни биолог Осаму Нуреки са Универзитета у Токију поделио је невероватне снимке ЦРИСПР-а који уређују ДНК у реалном времену, што је део недавног рада његовог тима, објављеног у часопису Натуре Цоммуницатионс . Снимак испод приказује ЦРИСПР који претражује ДНК пре него што је изврши измене. Можете видети да се нит ДНК одваја.
Снимак је првобитно приказан присутнима ЦРИСПР 2017 конференција која се одржала у јуну. Рад је поднет након ове конференције и објављен је 10. новембра.
ЦРИСПР-Цас9: Да ли ће доћи у Велику Британију?
Да. Истраживачи матичних ћелија у Великој Британији тражио дозволу да модификују људске ембрионе у покушају да разумеју рани људски развој и смање вероватноћу побачаја. У фебруару 2016. годинеУправа за људску оплодњу и ембриологију (ХФЕА) издала је дозволу.
ЦРИСПР-Цас9: Зашто је ЦРИСПР лош?
Као што је раније поменуто, Цас9 може препознати само генетске секвенце дуге око 20 база, што значи да дуже секвенце не могу бити циљане.Још значајније је да ензим и даље понекад сече на погрешном месту. Откривање зашто је то биће само по себи значајан пробој - његово поправљање биће још веће.
Затим, наравно, постоји питање да ЦРИСПР није страшно добро функционисао на људским ембрионима и његове новије везе са раком.
ЦРИСПР-Цас9: Ко је власник?
На то није једноставно одговорити. Изложен је сталној патентној борби - изненађујуће, с обзиром да се ЦРИСПР природно јавља у одређеним бактеријама.
Преглед технологијеобјашњава то, иако је ЦРИСПР-Цас9 први пут описан уНаука2012. године, Јеннифер Доудна из УЦ Беркелеи, Фенг Зханг са Броад Института освојио је патент на технику предавши лабораторијске бележнице доказујући да ју је први изумео.
Прво подношење патентних права значи да би ово требало доделити Доудни, али одлука је могла бити донета на основу тога да се прво измисле правила која би фаворизовала Зханг-а. На крају, случај је решен у фебруару 2017. године , када је амерички Одбор за испитивање и жалбе за патенте решио да ће УЦ Беркелеи добити патент за употребу ЦРИСПР-Цас9 у било којој живој ћелији, док ће га Броад добити у било којој еукариотској ћелији - што ће рећи ћелијама биљака и животиња.
Слике: Петра Б Фриц , ВееДунн , Галерија слика НИХ , и Стеве Јурветсон користи се под Цреативе Цоммонс
