S-ar putea să sune ca o marcă de cereale, dar CRISPR este una dintre cele mai semnificative revoluții în genetică de-a lungul vieții noastre. În ultimele luni, au apărut povești despre cercetătorii care folosesc proteine CRISPR-Cas pentru a edita în mod eficient secvențele genetice ale ADN-ului, a ucide HIV, a mânca Zika ca Pac-man și stocați un GIF în ADN-ul bacteriilor .
Cu toate acestea, în ciuda potențialului CRISPR, este o procedură incredibil de controversată. Este nevoie ca firele de ADN să fie tăiate și complet modificate pentru a schimba componenta genetică a unei persoane și două noi studii au legat o astfel de tehnologie de editare genică de o creștere a cancerului.
Ziarele, una câte una Novartis iar cealaltă de Institutul Karolinska , publicat înMedicina naturii, concluzionează că tehnicile de terapie genetică pot slăbi capacitatea unei persoane de a lupta împotriva tumorilor și ar putea da naștere cancerului, ridicând îngrijorări cu privire la siguranța terapiilor genetice bazate pe CRISPR.
Să facem o copie de rezervă puțin.
A se vedea Ce sunt celulele stem și cum pot schimba medicamentul? Transplant de cap uman: Procedură controversată efectuată cu succes pe cadavru; procedură live iminentă
Cele două lucrări s-au concentrat asupra genei p53. Cercetările anterioare au constatat că anumite tumori umane nu se pot dezvolta dacă gena p53 funcționează așa cum ar trebui. Ca urmare, p53 acționează ca un mecanism natural de apărare pentru a proteja genomul de tipul de modificări efectuate de CRISPR-Cas9. Când CRISPR-Cas9 este utilizat pentru a edita machiajul genetic al unei persoane, gena p53 sare în apărarea sa și ucide în mod eficient celulele editate, provocându-le autodistrugerea. De fapt, această genă a întârziat progresul și eficacitatea tehnicii CRISPR într-o serie de studii.
Cu toate acestea, în cazurile în care CRISPR-Cas9 a făcut modificări cu succes la genomul unei persoane, aceasta sugerează că gena p53 a celulei este defectă sau disfuncțională. Acest lucru, la rândul său, poate fi legat de faptul că organismul este mai puțin capabil să lupte împotriva cancerului. În special, ar putea provoca un p53 defectcelulele să crească necontrolat și să devină canceroase și a fost legată de cazuri decancer ovarian, de colon și de rect.
Prin alegerea celulelor care au reparat cu succes gena deteriorată pe care intenționam să o reparăm, s-ar putea să alegem, din greșeală, și celule fără p53 funcțional, autorul studiului Emma Haapaniemi de la Institutul Karolinska a explicat . Dacă sunt transplantate la un pacient, ca și în terapia genică pentru bolile moștenite, astfel de celule ar putea da naștere la cancer, ridicând îngrijorări cu privire la siguranța terapiilor genetice bazate pe CRISPR.
Trebuie remarcat, totuși, faptul că a avea o legătură cu cancerul nu este același lucru cu a provoca cancer, iar rezultatele din aceste două studii sunt ceea ce se cunoaște ca fiind preliminare, ceea ce înseamnă că este nevoie de eforturi suplimentare pentru a întări sau a respinge concluziile. Cercetătorii sunt chiar repezi să se distanțeze de la a spune că CRISPR este periculos. În schimb, acestea ridică probleme valide și sfătuiesc companiile și oamenii de știință să se apropie de studiile clinice pentru a fi conștienți de legătură.
Studiile se concentrează, de asemenea, pe un tip foarte particular de tehnică de editare CRISPR - proteina Cas-9 utilizată pentru corectarea ADN-ului bolnav prin inserarea de ADN sănătos și editat - și este nevoie de lucrări suplimentare pentru a vedea dacă alte forme de editare a genelor generează preocupări similare. Într-adevăr, într-o încercare de a aborda critici similare, anterioare, cercetătorii de la Institutul Salk au raportat recent o soluție. Mai degrabă decât editarea genelor, așa-numita lor metodă epigenetică (sau deasupra genei) CRISPR ar vedea gene pornite sau oprite, mai degrabă decât tăiate.
Prin modificarea epigenomului, oamenii de știință au reușit să controleze comportamentul unei gene fără a modifica direct ADN-ul; modificarea genei mai degrabă decât editarea genelor. În studiile efectuate pe șoareci, oamenii de știință au inversat simptomele bolii renale, ale diabetului de tip 1 și ale unei forme de distrofie musculară. De asemenea, are potențial pentru eradicarea Alzheimerului.
Ce este CRISPR-Cas9?
CRISPR-Cas9 este un instrument de editare a genomului, capabil să taie ADN-ul într-un mod vizat, permițând oamenilor de știință să editeze cu precizie elementele de bază ale vieții. Probabil îl veți vedea menționat alături de duo-ul puțin mai puțin renumit CRISPR-Cas1 și CRISPR-Cas2 - ambele îmbinând bucăți de ADN în propriul genom al unei bacterii (mai multe despre asta mai târziu).
Cas9 a fost de fapt observat pentru prima dată în anii 1980 ca parte a mecanismelor de apărare ale bacteriilor unicelulare, care asigură faptul că celulele sunt capabile să îndepărteze intrușii nedoriti. Oamenii de știință au descoperit că, prin adaptarea tehnologiei, sunt capabili să vizeze secvențele genomului cu o viteză, precizie și precizie fără precedent.
Imaginați-vă CRISPR-Cas9 ca pe o căutare și înlocuiți căutarea într-un document de computer, doar în loc de cuvinte, editați secvențe genetice.Modificarea precisă a ADN-ului este un sfânt științific, iar potențialul este enorm. Ar putea fi folosit pentru eradicarea bolilor - chiar și cele ereditare, cum ar fi fibroza chistică, anemia falciformă și a lui Huntington ar putea deveni un lucru din trecut.
Denumirea CRISPR este un acronim pentru repetițiile palindromice scurte, intercalate în mod regulat, mai puțin captivante. Partea Cas se referă la CRISPR asociat.
CRISPR-Cas9: Cum funcționează?
CRISPR face parte din apărarea anumitor bacterii. Atunci când o bacterie detectează un virus invadator, este capabilă să copieze și să amestece segmente ale ADN-ului străin în propriul său genom din jurul CRISPR. Cas9 face tăierea, în timp ce Cas1 și Cas2 introduc ADN-ul exterior în genomul celulei.
Google s-a convertit acum în fotografii JPG
Data viitoare când virusul este văzut, CRISPR are o copie exactă a secvenței genomului de care trebuie să se uite, care este locul în care intră proteina Cas: poate tăia ADN-ul și dezactiva genele nedorite cu o precizie incredibilă.
Sau, după cum explică Carl Zimmer : Pe măsură ce regiunea CRISPR se umple de ADN-ul virusului, aceasta devine o galerie moleculară cea mai dorită, reprezentând dușmanii pe care i-a întâlnit microbul. Microbul poate folosi apoi acest ADN viral pentru a transforma enzimele Cas în arme ghidate de precizie. Microbul copiază materialul genetic din fiecare distanțier într-o moleculă de ARN. Enzimele CAS iau apoi una dintre moleculele de ARN și o leagă. Împreună, ARN-ul viral și enzimele Cas derivă prin celulă. Dacă întâlnesc material genetic de la un virus care se potrivește cu ARN-ul CRISPR, ARN-ul se blochează strâns. Enzimele Cas tocă apoi ADN-ul în două, împiedicând replica virusului.
În 2012, oamenii de știință de la Universitatea din California, Berkeley, au publicat un hârtie inovatoare arătând că au reușit să reprogrameze sistemul imunitar CRISPR-Cas pentru a edita genele după bunul plac. CRISPR-Cas9 folosește o proteină Cas specifică și un ARN hibrid care poate identifica și edita orice secvență genetică. Posibilitățile sunt imense.
Pe scurt, CRISPR enumeră secvențele de ADN pe care trebuie să le vizeze, iar apoi Cas9 face tăierea. Oamenii de știință trebuie doar să programeze CRISPR cu codul corect, iar Cas9 face restul.
Acest lucru s-ar putea aplica și genelor defecte - secțiunile care provoacă în prezent probleme ar putea fi eliminate cu CRISPR-Cas9 și apoi înlocuite cu cod genetic sănătos, rezolvând teoretic problema.
CRISPR-Cas9: A fost folosit la oameni?
Da, în China . Folosind embrioni umani proveniți dintr-o clinică de fertilitate, oamenii de știință au încercat să utilizeze CRISPR-Cas9 pentru a edita o genă care provoacă beta talasemie în fiecare celulă. Trebuie remarcat faptul că embrionii donatori utilizați erau neviabili și nu ar fi putut duce la o naștere vie.
În orice caz, a eșuat și a eșuat destul de grav: au fost injectați 86 de embrioni, iar după 48 de ore și aproximativ opt celule crescute, 71 au supraviețuit, iar 54 dintre acestea au fost testate genetic. Doar 28 fuseseră îmbinați cu succes și foarte puțini conțineau materialul genetic pe care îl intenționau cercetătorii.Dacă doriți să o faceți în embrioni normali, trebuie să fiți aproape de 100%, cercetător principal A spus Jungiu HuangNatură . De aceea ne-am oprit. Încă credem că este prea imatur.
În plus, este extrem de probabil să se fi produs mai multe daune nedocumentate. Dupa cum New York Times explică :Cercetătorii chinezi subliniază că, în experimentul lor, editarea genelor a cauzat aproape sigur daune mai mari decât au documentat; nu au examinat întregul genom al celulelor embrionare.
După cum ți-ai putea imagina, a provocat o mare cantitate de controverse în comunitatea științifică.
În noiembrie 2016 , un alt grup de oameni de știință chinezi a devenit primul care a utilizat CRISPR-Cas9 pe un om adult, injectând un pacient care suferă de cancer pulmonar cu celulele imune ale pacientului modificate de CRISPR pentru a dezactiva proteina PD-1, făcând teoretic corpul pacientului să lupte împotriva cancerului .
Apoi, într-un studiu publicat pe 3 august, oamenii de știință au „editat” cu succes embrioni umani, eliminând segmentul defect de ADN care poate duce la boli ereditare de inimă. A fost o realizare importantă și a oferit căi pentru prevenirea potențială a aproximativ 10.000 de tulburări genetice cu mutație unică (adică boli cauzate de o singură genă defectuoasă) la viitorii oameni.
CRISPR-Cas9 și etică
Chiar dacă oamenii de știință chinezi au folosit embrioni care nu aveau să se dezvolte în viață, există adevărate îngrijorări etice cu privire la experimentarea pe embrioni umani - într-adevăr, cu doar o lună înainte de publicarea cercetării chineze, un grup de oameni de știință americani au îndemnat lumea să nu facă acest lucru .
O parte din aceasta se rezumă la cât de imatură este tehnologia - amintiți-vă că a fost utilizată activ doar din 2012 și ar fi uimitor dacă s-ar fi maturizat complet în acest moment. Oamenii de știință au avertizat că este prea neînțeles și periculos să fie folosit la oameni în acest moment, iar cercetarea chineză justifică cu siguranță această îngrijorare. Chiar dacă a funcționat fără cusur, există îngrijorări că consecințele neprevăzute ar putea apărea de-a lungul generațiilor.
Dar, chiar dacă ar fi 100% sigur și de succes, există și alte preocupări etice: în timp ce nimeni nu susține că ar trebui să reținem potențialul de a elimina bolile genetice ucigașe, cum ar fi Huntington și fibroza chistică, CRISPR-Cas9 oferă potențial posibilitatea de a schimba orice despre o persoană. Atâta timp cât secvența genetică este identificată, în teorie, ea poate fi editată.
Un lucru este să îndepărtezi bolile care afectează viața înainte de naștere - este cu totul altceva ca părinții să își poată proiecta bebelușii pentru a fi mai puternici, mai rapizi sau mai buni. Chiar dacă acceptați că acest lucru ar trebui permis oamenilor să facă, este probabil ca acest lucru să fie puternic comercializat, asigurându-se că numai cei bogați și-ar putea permite toate avantajele suplimentare pe care le-ar putea aduce acest lucru, afectând masiv inegalitatea.
CRISPR-Cas9: Ce s-a făcut până acum?
Desigur, aceste întrebări etice se află la un milion de mile depărtare, când singurul experiment uman embrionar înregistrat a provocat un astfel de retrogradare. Cu toate acestea, CRISPR-Cas9 arată acum rezultate extrem de promițătoare în teste mai mici.
Exemplele includ Prevenirea infecției cu HIV în celulele umane , vindecarea bolilor genetice ale șoarecilor și o pereche de maimuțe născute cu mutații vizate .
CRISPR apare, de asemenea, ca un mijloc eficient de stocare a datelor în ADN. În martie 2017, o pereche de cercetători de la New York Genome Center au publicat un raport în Ştiinţă jurnal, detaliind metode pentru stocarea fișierelor comprimate în molecule de ADN. Cu ajutorul unui algoritm pentru traducerea fișierelor într-un cod binar care poate fi mapat pe bazele nucleotidice ale ADN-ului, cercetătorii au reușit să codifice totalul a șase fișiere: o lucrare academică din 1948, o placă Pioneer, un sistem de operare, un virus, filmul din 1895Sosirea unui tren la gara La Ciotat… Și o carte cadou Amazon de 50 USD.
Câteva luni mai târziu, o echipă de oameni de știință de la Harvard Medical School a codificat un clip video în buclă în ADN-ul unei celule de bacterii E.Coli vii . Scopul este de a dezvolta un sistem de fabricareînregistratoare moleculare - ADN capabil să-și înregistreze propriile informații din împrejurimi. Acest lucru ar putea fi folosit în orice, de la monitorizarea poluării solului, până la revoluționarea înțelegerii noastre asupra activității neurologice.
Ca parte a programului DARPA Safe Genes, cele șapte echipe includ unechipa condusă de dr. Amit Choudhary de la Harvard Medical School, care dezvoltă modalități de a controla țânțarii care răspândesc malaria, o a doua echipă a Harvard Medical School care caută să utilizeze CRISPR pentru a detecta și inversa mutațiile cauzate de radiații. O echipă a Universității de Stat din Carolina de Nord, condusă de Dr. John Godwin, își propune să vizeze sistemele de acționare genetică la șobolani pentru a gestiona speciile invazive, în timp ce Universitatea din California, Berkeley, dorește să utilizeze CRISPR pentru a viza virusurile Zika și Ebola. Lista completă a proiectelor și detaliile echipei sunt disponibile pe site-ul web DARPA.
Mai recent, biologul structural Osamu Nureki de la Universitatea din Tokyo a împărtășit imagini incredibile de editare ADN CRISPR în timp real, care a făcut parte din lucrarea recentă a echipei sale, publicată în revista Comunicări despre natură . Clipul de mai jos arată CRISPR căutând ADN-ul înainte de a-și face modificările. Puteți vedea o șuviță de ADN care se deconectează.
Filmările au fost inițial prezentate participanților la CRISPR 2017 conferință care a avut loc în iunie. Lucrarea a fost trimisă în urma acestei conferințe și a fost publicată pe 10 noiembrie.
CRISPR-Cas9: Va veni în Marea Britanie?
Da. Cercetători de celule stem în Regatul Unit a cerut permisiunea să modifice embrionii umani în încercarea de a înțelege dezvoltarea umană timpurie și să reducă probabilitatea de avort spontan. În februarie 2016,Autoritatea pentru Fertilizarea și Embriologia Umană (HFEA) a acordat permisiunea.
CRISPR-Cas9: De ce este rău CRISPR?
După cum sa menționat anterior, Cas9 poate recunoaște doar secvențe genetice de aproximativ 20 de baze, ceea ce înseamnă că secvențele mai lungi nu pot fi vizate.Mai semnificativ, enzima încă uneori se taie într-un loc greșit. Descoperirea de ce este aceasta va fi o descoperire semnificativă în sine - remedierea acesteia va fi și mai mare.
Apoi, desigur, există problema că CRISPR nu a funcționat teribil de bine la embrionii umani și legăturile sale mai recente cu cancerul.
CRISPR-Cas9: Cine îl deține?
Nu este o întrebare simplă de răspuns. Este supus unei lupte în curs de desfășurare a brevetelor - în mod surprinzător, având în vedere că CRISPR apare în mod natural la anumite bacterii.
Revizuirea tehnologieiexplică că, deși CRISPR-Cas9 a fost descris pentru prima dată înŞtiinţăîn 2012 de Jennifer Doudna de la UC Berkeley, Feng Zhang de la Broad Institute a câștigat un brevet asupra tehnicii prin trimiterea de caiete de laborator, dovedind că a inventat-o mai întâi.
Mai întâi să depună drepturi de brevet înseamnă că acest lucru ar trebui acordat lui Doudna, dar decizia ar fi putut fi decisă pe baza mai întâi de a inventa reguli, care l-ar fi favorizat pe Zhang. În cele din urmă, cazul a fost soluționat în februarie 2017 , când Comitetul de testare și apel al brevetelor din SUA a decis că UC Berkeley va primi brevetul pentru utilizarea CRISPR-Cas9 în orice celulă vie, în timp ce Broad o va obține în orice celulă eucariotă - adică celule din plante și animale.
Imagini: Petra B Fritz , VeeDunn , Galeria de imagini NIH , și Steve Jurvetson utilizat sub Creative Commons
