Може да звучи като марка на зърнени култури, но CRISPR е една от най-значимите революции в генетиката през целия ни живот. През последните месеци се появиха истории за изследователи, използващи CRISPR-Cas протеини за ефективно редактиране на генетичните последователности на ДНК, убиване на ХИВ, ядене на Zika като Pac-man и съхранявайте GIF в ДНК на бактериите .
И все пак, въпреки потенциала на CRISPR, това е изключително противоречива процедура. Той изисква нишките на ДНК да бъдат изрязани и напълно променени, за да се промени генетичният състав на човек, а две нови проучвания свързват такава технология за редактиране на гени с нарастването на рака.
Вестниците, един по един Novartis а другата от Каролинска институт , публикувано вПриродна медицина, заключават, че техниките за генна терапия могат да отслабят способността на човек да се бори с туморите и биха могли да доведат до рак, пораждайки опасения относно безопасността на базирани на CRISPR генни терапии.
Нека да направим резервно копие все пак.
Вижте свързани Какво представляват стволовите клетки и как те могат да променят лекарството? Трансплантация на човешка глава: Спорна процедура, извършена успешно върху труп; неизбежна процедура на живо
Двата документа се фокусират върху гена p53. Предишни изследвания установиха, че определени човешки тумори не могат да се развият, ако p53 генът работи както трябва. В резултат на това p53 действа като естествен защитен механизъм за защита на генома от вида промени, направени от CRISPR-Cas9. Когато CRISPR-Cas9 се използва за редактиране на генетичен състав на човек, генът p53 скача в защита и ефективно убива редактираните клетки, като ги кара да се самоунищожават. Всъщност именно този ген забавя напредъка и ефективността на техниката CRISPR в редица опити.
Въпреки това, в случаите, когато CRISPR-Cas9 е направил успешно редакции на генома на човек, това предполага, че p53 генът на конкретната клетка е дефектен или нефункционален. Това от своя страна може да бъде свързано с това, че тялото е по-малко способно да се бори с рака. По-специално, дефектен p53 може да причиниклетките да растат неконтролируемо и да станат ракови и е свързан с случаи нарак на яйчниците, дебелото черво и ректума.
Чрез бране на клетки, които са успешно възстановили увредения ген, който възнамеряваме да фиксираме, ние неволно бихме могли да вземем и клетки без функционален р53, авторката на изследването Ема Хаапаниеми от Института Каролинска обясни . Ако бъдат трансплантирани на пациент, както при генната терапия за наследствени заболявания, такива клетки могат да доведат до рак, което поражда опасения за безопасността на базирани на CRISPR генни терапии.
Трябва да се отбележи обаче, че наличието на връзка с рака не е същото като причиняването на рак и резултатите от тези две проучвания са известни като предварителни, което означава, че е необходима допълнителна работа за укрепване или отхвърляне на констатациите. Изследователите дори бързо се дистанцират от това, че CRISPR е опасен. Вместо това те повдигат валидни въпроси и съветват компаниите и учените да продължават с клинични изпитвания да внимават за връзката.
Изследванията се фокусират и върху много специфичен тип техника за редактиране на CRISPR - протеинът Cas-9, използван за коригиране на болна ДНК чрез вмъкване на здрава, редактирана ДНК - и е необходима допълнителна работа, за да се види дали други форми на редактиране на гени пораждат подобни опасения. В действителност, в опит да се справят с подобни, предишни критики, изследователи от института Salk наскоро съобщиха за заобикаляне. Вместо да редактира гени, техният така наречен епигенетичен (или над гена) CRISPR метод ще види, че гените са включени или изключени, вместо да бъдат изрязвани.
Чрез модифициране на епигенома учените успяха да контролират поведението на гена, без да модифицират директно ДНК; генна модификация, а не генна редакция. В опити с мишки учените обърнаха симптомите на бъбречно заболяване, диабет тип 1 и форма на мускулна дистрофия. Също така има потенциал за изкореняване на болестта на Алцхаймер.
Какво е CRISPR-Cas9?
CRISPR-Cas9 е инструмент за редактиране на геном, който е в състояние да намали ДНК по целеви начин, позволявайки на учените да редактират точно градивните елементи на живота. Вероятно ще видите, че се споменава заедно с малко по-малко известното дуо CRISPR-Cas1 и CRISPR-Cas2 - и двете сглобяват парчета ДНК в собствен геном на бактерията (повече за това по-късно).
Cas9 всъщност е наблюдаван за първи път през 80-те години на миналия век като част от защитните механизми на едноклетъчните бактерии, които гарантират, че клетките са в състояние да премахнат нежеланите нарушители. Учените са установили, че чрез адаптиране на технологията те са в състояние да насочват геномни последователности с безпрецедентна скорост, прецизност и точност.
Представете CRISPR-Cas9 като търсене и замяна на търсене в компютърен документ, само вместо думи редактирате генетични последователности.Точно модифицирането на ДНК е научен свещен граал и потенциалът е огромен. Може да се използва за унищожаване на болести - дори наследствени като муковисцидоза, сърповидно-клетъчна анемия и Хънтингтън могат да се превърнат в минало.
Името CRISPR е съкращение за по-малко привличащите клъстери, редовно разпръснати кратки палиндромни повторения. Частта Cas се отнася до CRISPR, свързана.
CRISPR-Cas9: Как работи?
CRISPR е част от естествените защитни сили на някои бактерии. Когато бактерията открие нахлуващ вирус, тя е в състояние да копира и смеси сегменти от чуждата ДНК в собствения си геном около CRISPR. Cas9 прави рязането, докато Cas1 и Cas2 вмъкват външната ДНК в генома на клетката.
как да забраните на някой от facebook бизнес страницата, който не го е харесал
Следващият път, когато вирусът бъде забелязан, CRISPR има точно копие на геномната последователност, за която трябва да се внимава, където Cas протеинът влиза: той може да намали ДНК и да деактивира нежеланите гени с невероятна точност.
Или, както обяснява Карл Цимер : Тъй като регионът CRISPR се пълни с ДНК на вируса, той се превръща в най-търсената молекулярна галерия, представляваща враговете, с които се е сблъскал микроба. След това микробът може да използва тази вирусна ДНК, за да превърне ензимите Cas в оръжия с прецизно управление. Микробът копира генетичния материал във всеки спейсър в молекула на РНК. След това Cas ензимите поемат една от молекулите на РНК и я люлят. Заедно вирусната РНК и Cas ензимите се носят през клетката. Ако срещнат генетичен материал от вирус, който съответства на CRISPR РНК, РНК се захваща плътно. След това Cas ензимите нарязват ДНК на две, предотвратявайки репликацията на вируса.
През 2012 г. учени от Калифорнийския университет в Бъркли публикуваха новаторска хартия показвайки, че са успели да препрограмират имунната система CRISPR-Cas за редактиране на гени по желание. CRISPR-Cas9 използва специфичен Cas протеин и хибридна РНК, която може да идентифицира и редактира всяка генна последователност. Възможностите са огромни.
Накратко, CRISPR изброява ДНК последователностите, към които да се насочи, и след това Cas9 прави рязането. Учените просто трябва да програмират CRISPR с правилния код, а Cas9 прави останалото.
Това може да се отнася и за дефектни гени - секциите, причиняващи проблеми в момента, могат да бъдат премахнати с CRISPR-Cas9 и след това заменени със здрав генетичен код, теоретично решавайки проблема.
CRISPR-Cas9: Използвано ли е при хора?
Да, в Китай . Използвайки човешки ембриони, получени от клиника за плодовитост, учените се опитаха да използват CRISPR-Cas9 за редактиране на ген, който причинява бета таласемия във всяка клетка. Трябва да се отбележи, че използваните донорски ембриони са нежизнеспособни и не биха могли да доведат до живо раждане.
Във всеки случай той се провали и се провали доста зле: инжектираха се 86 ембриона и след 48 часа и около осем отгледани клетки 71 оцеляха и 54 от тях бяха генетично тествани. Само 28 бяха успешно снадени и много малко съдържаха генетичния материал, който изследователите са предвидили.Ако искате да го направите в нормални ембриони, трябва да сте близо до 100%, водещ изследовател Jungiu Huang разказаПрирода . Ето защо спряхме. Все още смятаме, че е твърде незряло.
На всичкото отгоре е изключително вероятно да бъдат нанесени още по-недокументирани щети. Като Ню Йорк Таймс обяснява :Китайските изследователи посочват, че в техния експеримент редактирането на гени почти със сигурност е причинило по-големи щети, отколкото са документирали; те не изследваха цели геноми на ембрионалните клетки.
Както можете да си представите, това предизвика огромно количество противоречия в научната общност.
През ноември 2016г , друга група китайски учени стана първата, която използва CRISPR-Cas9 върху възрастен човек, инжектирайки страдащ от рак на белия дроб с имунните клетки на пациента, модифицирани от CRISPR, за да деактивира протеина PD-1, което теоретично кара тялото на пациента да се бори срещу рака .
След това в a проучване публикуван на 3 август, учените успешно ‘редактират’ човешки ембриони, премахвайки дефектния сегмент на ДНК, който може да доведе до наследствени сърдечни заболявания. Това беше забележително постижение и осигури възможности за потенциално предотвратяване на около 10 000 генетични нарушения с единична мутация (т.е. заболявания, причинени от един дефектен ген) при бъдещите хора.
CRISPR-Cas9 и етика
Въпреки че китайските учени са използвали ембриони, които няма да се превърнат в живот, съществуват истински етични опасения относно експериментирането върху човешки ембриони - наистина, само месец преди публикуването на китайското изследване, група американски учени призова света да не го прави .
Част от това се свежда до това колко незряла е технологията - не забравяйте, че тя се използва активно от 2012 г. и би било удивително, ако е напълно узряла в този момент. Учените предупредиха, че в този момент е твърде неразбрано и опасно за използване върху хората и китайските изследвания със сигурност потвърждават тази загриженост. Дори и да е работил безотказно, има опасения, че непредвидени последици могат да възникнат през поколенията.
Но дори и да е 100% безопасно и успешно, има и други етични опасения: докато никой не твърди, че трябва да ограничим потенциала за унищожаване на генетични заболявания като Хънтингтън и муковисцидоза, CRISPR-Cas9 потенциално предлага възможност за промяна нещо за човек. Докато генетичната последователност е идентифицирана, на теория тя може да бъде редактирана.
Едно е да премахнете животозастрашаващите заболявания преди раждането - съвсем друго е родителите да могат да проектират бебетата си да бъдат по-силни, по-бързи или по-добре изглеждащи. Дори ако приемете, че това е нещо, което хората трябва да могат да правят, шансовете са това да бъде силно комерсиализирано, като гарантира, че само богатите могат да си позволят всички допълнителни житейски предимства, които биха си осигурили, повлиявайки масово на неравенството.
CRISPR-Cas9: Какво е направено до момента?
Разбира се, тези етични въпроси са на милион мили, когато единственият записан ембрионален човешки експеримент е предизвикал толкова силен отстъп. Въпреки това CRISPR-Cas9 сега показва изключително обещаващи резултати при по-малки тестове.
Примерите включват Предотвратяване на HIV инфекция в човешки клетки , излекуване на генетични миши заболявания и двойка маймуни, родени с насочени мутации .
CRISPR се появява и като ефективно средство за съхраняване на данни в ДНК. През март 2017 г. двойка изследователи от Нюйоркския център за геноми публикува доклад в Наука списание, подробно описващо методи за съхранение на компресирани файлове в ДНК молекули. С помощта на алгоритъм за превод на файловете в двоичен код, който може да бъде картографиран върху нуклеотидните бази на ДНК, изследователите успяха да кодират общо шест файла: академична статия от 1948 г., плака на Pioneer, операционна система, вирус, филмът от 1895гПристигане на влак на гара La Ciotat... и подаръчна карта на Amazon за $ 50.
Няколко месеца по-късно екип от учени от Харвардското медицинско училище кодира цикличен видеоклип в ДНК на жива бактериална клетка на E.Coli . Целта е да се разработи система за изработкамолекулярни записващи устройства - ДНК, която е способна да записва собствена информация от околната среда. Това може да се използва във всичко, от наблюдение на замърсяването на почвата, до революция в разбирането ни за неврологичната дейност.
Като част от програмата на DARPA за безопасни гени, седемте екипа включват aекип, ръководен от д-р Амит Чодари в Медицинското училище в Харвард, който разработва начини за борба с комарите, разпространяващи малария, втори екип на Медицинското училище в Харвард, който иска да използва CRISPR за откриване и обръщане на мутации, причинени от радиация. Екипът на държавния университет в Северна Каролина, ръководен от д-р Джон Годуин, има за цел да насочи системите за генно задвижване при плъхове за управление на инвазивни видове, докато Калифорнийският университет в Бъркли иска да използва CRISPR за насочване на вируси Zika и Ebola. Пълният списък с проекти и подробности за екипа са достъпни от уебсайта на DARPA.
Съвсем наскоро структурният биолог Осаму Нуреки от университета в Токио сподели невероятни кадри от CRISPR, редактиращи ДНК в реално време, които са част от неотдавнашния доклад на неговия екип, публикуван в списанието Nature Communications . Клипът по-долу показва CRISPR, търсещ ДНК, преди да го редактира. Можете да видите нишка ДНК да се разединява.
Кадрите първоначално бяха показани на присъстващите на CRISPR 2017 конференция, която се проведе през юни. Докладът е представен след тази конференция и е публикуван на 10 ноември.
CRISPR-Cas9: Ще дойде ли във Великобритания?
Да. Изследователи на стволови клетки в Обединеното Кралство потърси разрешение да модифицира човешки ембриони в опит да разбере ранното човешко развитие и да намали вероятността от спонтанен аборт. През февруари 2016 г.Органът за човешко оплождане и ембриология (HFEA) даде разрешение.
CRISPR-Cas9: Защо CRISPR е лош?
Както бе споменато по-рано, Cas9 може да разпознава само генетични последователности с дължина около 20 бази, което означава, че по-дълги последователности не могат да бъдат насочени.По-важното е, че ензимът все още понякога намалява на грешното място. Да разберем защо това ще бъде само по себе си значителен пробив - поправянето му ще бъде още по-голямо.
След това, разбира се, има проблемът, че CRISPR не работи ужасно добре при човешки ембриони, и по-новите му връзки с рака.
CRISPR-Cas9: Кой го притежава?
Това не е прост въпрос за отговор. Той е обект на непрекъсната битка за патент - изненадващо, тъй като CRISPR се среща естествено в някои бактерии.
Преглед на технологиитеобяснява това, въпреки че CRISPR-Cas9 е описан за първи път вНаукапрез 2012 г. от Дженифър Дудна от UC Berkeley, Feng Zhang от Broad Institute спечели патент за техниката, като представи лабораторни тетрадки, доказващи, че той я е изобретил първи.
Първото подаване на патентни права означава, че това трябва да бъде предоставено на Doudna, но решението е можело да бъде взето въз основа на първо да се измислят правила, които биха облагодетелствали Zhang. В края, случаят е разрешен през февруари 2017г , когато Американският съвет за патентно проучване и обжалване реши, че UC Berkeley ще получи патент за използване на CRISPR-Cas9 във всяка жива клетка, докато Broad ще го получи във всяка еукариотна клетка - което ще рече клетки в растения и животни.
Изображения: Петра Б Фриц , VeeDunn , Галерия с изображения на NIH , и Стив Юрветсън използва се под Creative Commons
