Ini mungkin terdengar seperti jenama bijirin tetapi CRISPR menjadi salah satu revolusi paling penting dalam genetik sepanjang hayat kita. Dalam beberapa bulan kebelakangan ini, muncul kisah mengenai penyelidik yang menggunakan protein CRISPR-Cas untuk menyunting urutan genetik DNA dengan berkesan, membunuh HIV, memakan Zika seperti Pac-man dan simpan GIF dalam DNA bakteria .
Namun, walaupun terdapat potensi CRISPR, ini adalah prosedur yang sangat kontroversial. Ia memerlukan potongan DNA untuk dipotong dan diubah sepenuhnya untuk mengubah susunan genetik seseorang, dan dua kajian baru telah menghubungkan teknologi penyuntingan gen tersebut dengan peningkatan kanser.
Kertas kerja, satu demi satu Novartis dan yang lain oleh Institut Karolinska , diterbitkan diPerubatan Alam, menyimpulkan bahawa teknik terapi gen dapat melemahkan kemampuan seseorang untuk melawan tumor, dan dapat menimbulkan barah, sehingga menimbulkan kebimbangan mengenai keselamatan terapi gen berdasarkan CRISPR.
Mari kita kembali sedikit.
Lihat yang berkaitan Apa itu sel induk dan bagaimana mereka boleh menukar ubat? Pemindahan kepala manusia: Prosedur kontroversi berjaya dilakukan pada mayat; prosedur langsung akan berlaku
Kedua-dua makalah tersebut menumpukan pada gen p53. Penyelidikan sebelumnya mendapati bahawa tumor manusia tertentu tidak dapat berkembang jika gen p53 berfungsi sebagaimana mestinya. Akibatnya, p53 bertindak sebagai mekanisme pertahanan semula jadi untuk melindungi genom dari jenis perubahan yang dilakukan oleh CRISPR-Cas9. Apabila CRISPR-Cas9 digunakan untuk mengedit susunan genetik seseorang, gen p53 melompat ke pembelaannya dan membunuh sel-sel yang diedit secara berkesan dengan menyebabkannya merosakkan diri sendiri. Sebenarnya, gen inilah yang telah melambatkan kemajuan dan keberkesanan teknik CRISPR dalam beberapa percubaan.
Walau bagaimanapun, dalam kes di mana CRISPR-Cas9 telah berjaya mengedit genom seseorang, ini menunjukkan bahawa gen p53 sel tertentu rosak atau tidak berfungsi. Ini, pada gilirannya, boleh dikaitkan dengan tubuh yang kurang mampu melawan barah. Khususnya, p53 yang salah boleh menyebabkansel tumbuh dengan tidak terkawal dan menjadi barah, dan telah dikaitkan dengan kejadianbarah ovari, kolon dan rektum.
Dengan memilih sel yang berjaya membaiki gen yang rosak yang ingin kita perbaiki, kita secara tidak sengaja juga dapat memilih sel tanpa p53 berfungsi, kata penulis kajian Emma Haapaniemi dari Institut Karolinska dijelaskan . Jika ditransplantasikan menjadi pesakit, seperti dalam terapi gen untuk penyakit yang diwarisi, sel-sel seperti itu dapat menimbulkan barah, menimbulkan kekhawatiran akan keselamatan terapi gen berdasarkan CRISPR.
Namun, perlu diingatkan bahawa mempunyai kaitan dengan barah tidak sama dengan menyebabkan barah dan hasil dalam kedua kajian ini adalah apa yang dikenali sebagai pendahuluan, yang bermaksud kerja lebih lanjut diperlukan untuk memperkuat atau menolak penemuan tersebut. Para penyelidik bahkan cepat menjauhkan diri dari mengatakan CRISPR itu berbahaya. Sebagai gantinya, mereka membangkitkan masalah yang sah dan menasihati syarikat dan saintis untuk melakukan ujian klinikal agar berhati-hati dengan kaitannya.
Kajian ini juga memfokuskan pada jenis teknik penyuntingan CRISPR yang sangat khusus - protein Cas-9 yang digunakan untuk membetulkan DNA yang berpenyakit dengan memasukkan DNA yang diedit yang sihat - dan kerja lebih lanjut diperlukan untuk melihat apakah bentuk penyuntingan gen lain menimbulkan kebimbangan yang serupa. Sememangnya, dalam usaha mengatasi kritikan serupa sebelumnya, para penyelidik dari Institut Salk baru-baru ini melaporkan jalan keluarnya. Daripada mengedit gen, kaedah CRISPR yang disebut epigenetik (atau di atas gen) akan menjadikan gen dihidupkan atau dimatikan, dan bukannya dipotong.
Dengan mengubah epigenom, saintis dapat mengawal tingkah laku gen tanpa mengubah DNA secara langsung; pengubahsuaian gen dan bukannya penyuntingan gen. Dalam percubaan pada tikus, para saintis membalikkan gejala penyakit buah pinggang, diabetes Jenis 1, dan bentuk distrofi otot. Ini juga berpotensi untuk membasmi penyakit Alzheimer.
Apa itu CRISPR-Cas9?
CRISPR-Cas9 adalah alat penyuntingan genom yang dapat memotong DNA dengan cara yang disasarkan, yang memungkinkan para saintis mengedit secara tepat blok kehidupan. Anda mungkin akan melihatnya disebut di samping duo CRISPR-Cas1 dan CRISPR-Cas2 yang kurang terkenal - kedua-duanya menyatukan potongan DNA ke dalam genom bakteria sendiri (lebih lanjut kemudian).
Cas9 pertama kali diperhatikan pada tahun 1980-an sebagai sebahagian daripada mekanisme pertahanan bakteria bersel tunggal, yang memastikan bahawa sel-sel tersebut dapat menghilangkan penyusup yang tidak diingini. Para saintis mendapati bahawa, dengan menyesuaikan teknologi, mereka dapat menargetkan urutan genom dengan kecepatan, ketepatan, dan ketepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya.
Gambar CRISPR-Cas9 seperti mencari dan menggantikan carian dalam dokumen komputer, hanya sebagai pengganti perkataan, anda sedang mengedit urutan genetik.Pengubahsuaian DNA secara tepat adalah cawan ilmiah, dan potensinya sangat besar. Ia boleh digunakan untuk membasmi penyakit - bahkan penyakit keturunan seperti fibrosis kistik, anemia sel sabit dan Huntington boleh menjadi perkara masa lalu.
Nama CRISPR adalah akronim untuk pengulangan palindromik pendek yang berkelompok secara berkala dan kurang menarik. Bahagian Cas merujuk kepada CRISPR yang berkaitan.
CRISPR-Cas9: Bagaimana ia berfungsi?
CRISPR adalah sebahagian dari pertahanan bakteria tertentu yang berlaku secara semula jadi. Apabila bakteria mengesan virus yang menyerang, ia dapat menyalin dan menggabungkan segmen DNA asing ke dalam genomnya sendiri di sekitar CRISPR. Cas9 melakukan pemotongan, sementara Cas1 dan Cas2 memasukkan DNA luaran ke dalam genom sel.
stim bagaimana melihat permainan tersembunyi
Pada kali berikutnya virus itu dijumpai, CRISPR mempunyai salinan urutan genom yang tepat untuk dicari, di mana protein Cas masuk: ia dapat memotong DNA, dan mematikan gen yang tidak diinginkan dengan ketepatan yang luar biasa.
Atau, seperti yang dijelaskan oleh Carl Zimmer : Ketika wilayah CRISPR dipenuhi dengan DNA virus, ia menjadi galeri molekul yang paling dicari, mewakili musuh yang dijumpai mikroba. Mikroba kemudian dapat menggunakan DNA virus ini untuk mengubah enzim Cas menjadi senjata berpandukan ketepatan. Mikroba menyalin bahan genetik di setiap spacer ke dalam molekul RNA. Enzim Cas kemudian mengambil salah satu molekul RNA dan membawanya. Bersama-sama, RNA virus dan enzim Cas melayang melalui sel. Sekiranya mereka menemui bahan genetik dari virus yang sepadan dengan CRISPR RNA, RNA akan terkunci dengan kuat. Enzim Cas kemudian memotong DNA menjadi dua, mencegah virus daripada meniru.
Pada tahun 2012, saintis dari University of California, Berkeley, menerbitkan sebuah kertas pecah tanah menunjukkan bahawa mereka dapat memprogramkan semula sistem imun CRISPR-Cas untuk mengedit gen sesuka hati. CRISPR-Cas9 menggunakan protein Cas tertentu dan RNA hibrid yang dapat mengenal pasti dan mengedit sebarang urutan gen. Kemungkinan besar.
Ringkasnya, CRISPR menyenaraikan urutan DNA yang akan disasarkan, dan kemudian Cas9 melakukan pemotongan. Saintis hanya perlu memprogram CRISPR dengan kod yang betul, dan Cas9 melakukan yang lain.
Ini juga berlaku untuk gen yang salah - bahagian yang menyebabkan masalah dapat dihilangkan dengan CRISPR-Cas9, dan kemudian diganti dengan kod genetik yang sihat, secara teorinya dapat menyelesaikan masalah.
CRISPR-Cas9: Sudah digunakan pada manusia?
Ya, di China . Dengan menggunakan embrio manusia yang bersumber dari klinik kesuburan, para saintis cuba menggunakan CRISPR-Cas9 untuk mengedit gen yang menyebabkan talasemia beta di setiap sel. Perlu diperhatikan bahawa embrio penderma yang digunakan tidak dapat dilaksanakan, dan tidak dapat mengakibatkan kelahiran hidup.
Bagaimanapun, ia gagal, dan gagal dengan teruk: 86 embrio disuntik, dan setelah 48 jam dan sekitar lapan sel tumbuh, 71 terselamat, dan 54 daripadanya diuji secara genetik. Baru 28 berjaya disambungkan, dan sangat sedikit yang mengandungi bahan genetik yang disangka para penyelidik.Sekiranya anda ingin melakukannya dalam embrio normal, anda mesti hampir 100%, kata penyelidik utama Jungiu Huang memberitahuAlam semula jadi . Itulah sebabnya kami berhenti. Kami masih menganggapnya terlalu tidak matang.
Selain itu, kemungkinan besar kerosakan yang tidak didokumentasikan telah dilakukan. Sebagai New York Times menerangkan :Para penyelidik China menunjukkan bahawa dalam penyuntingan gen percubaan mereka hampir pasti menyebabkan kerosakan yang lebih besar daripada yang didokumentasikan; mereka tidak memeriksa keseluruhan genom sel embrio.
Seperti yang anda bayangkan, ini menimbulkan banyak kontroversi dalam komuniti saintifik.
Pada bulan November 2016 , kumpulan saintis China yang lain menjadi yang pertama menggunakan CRISPR-Cas9 pada manusia dewasa, menyuntik penghidap barah paru-paru dengan sel-sel imun pesakit yang diubah suai oleh CRISPR untuk mematikan protein PD-1, secara teorinya membuat tubuh pesakit melawan barah .
Kemudian, dalam a belajar diterbitkan pada 3 Ogos, para saintis berjaya 'menyunting' embrio manusia, membuang segmen DNA yang salah yang boleh menyebabkan penyakit jantung keturunan. Ini adalah pencapaian penting dan memberi jalan untuk berpotensi mencegah sekitar 10,000 gangguan genetik mutasi tunggal (iaitu penyakit yang disebabkan oleh satu gen yang salah) pada manusia masa depan.
CRISPR-Cas9 dan etika
Walaupun para saintis China menggunakan embrio yang tidak akan berkembang menjadi hidup, ada kebimbangan etika yang sebenarnya mengenai percubaan pada embrio manusia - sesungguhnya, hanya sebulan sebelum penyelidikan China diterbitkan, sekumpulan saintis Amerika menggesa dunia agar tidak melakukannya .
Sebahagian dari ini datang ke betapa tidak matangnya teknologi ini - ingat bahawa ia baru digunakan sejak 2012, dan akan mengejutkan jika ia telah matang sepenuhnya pada ketika ini. Para saintis memberi amaran bahawa terlalu disalahpahami dan berbahaya untuk digunakan pada manusia pada ketika ini, dan penyelidikan China tentu membenarkan kebimbangan ini. Walaupun ia berfungsi dengan sempurna, ada kebimbangan bahawa akibat yang tidak dijangka dapat berlaku selama beberapa generasi.
Tetapi, walaupun 100% selamat dan berjaya, ada kebimbangan etika yang lain: sementara tidak ada yang berpendapat bahawa kita harus menahan potensi untuk menghapuskan penyakit genetik pembunuh seperti Huntington's dan cystic fibrosis, CRISPR-Cas9 berpotensi menawarkan peluang untuk berubah apa sahaja tentang seseorang. Selagi urutan genetik dikenal pasti, secara teori, ia dapat diedit.
Adalah satu perkara untuk menghilangkan penyakit yang mempengaruhi kehidupan sebelum kelahiran - ibu bapa dapat merancang bayi mereka agar lebih kuat, cepat atau kelihatan lebih baik. Walaupun anda menerima bahawa ini adalah sesuatu yang harus diizinkan oleh orang ramai, kemungkinan ini akan dikomersialkan, memastikan hanya orang kaya yang dapat memperoleh semua kelebihan kehidupan tambahan yang akan diberikan ini, yang mempengaruhi ketidaksamaan secara besar-besaran.
CRISPR-Cas9: Apa yang telah dilakukan setakat ini?
Sudah tentu, persoalan etika ini berjarak satu juta batu ketika satu-satunya eksperimen manusia embrio yang direkodkan menyebabkan kemunduran berprofil tinggi. Walau bagaimanapun, CRISPR-Cas9 kini menunjukkan hasil yang sangat menjanjikan dalam ujian yang lebih kecil.
Contohnya merangkumi Pencegahan jangkitan HIV pada sel manusia , menyembuhkan penyakit tikus genetik dan sepasang monyet yang dilahirkan dengan mutasi yang disasarkan .
CRISPR juga muncul sebagai cara yang efektif untuk menyimpan data dalam DNA. Pada bulan Mac 2017, sepasang penyelidik di New York Genome Center menerbitkan laporan di Sains jurnal, memperincikan kaedah untuk menyimpan fail termampat dalam molekul DNA. Dengan bantuan algoritma untuk menerjemahkan fail ke dalam kod binari yang dapat dipetakan ke pangkalan nukleotida DNA, para penyelidik dapat menyandikan jumlah enam fail: makalah akademik 1948, plak Pioneer, sistem operasi, virus, filem tahun 1895Ketibaan kereta api di stesen La Ciotat... dan kad hadiah Amazon $ 50.
Beberapa bulan kemudian, sepasukan saintis di Harvard Medical School mengekodkan klip video gelung ke dalam DNA sel bakteria E.Coli yang masih hidup . Tujuannya adalah untuk mengembangkan sistem pembuatanperakam molekul - DNA yang mampu merakam maklumatnya sendiri dari persekitarannya. Ini dapat digunakan dalam segala hal mulai dari memantau pencemaran tanah, hingga merevolusikan pemahaman kita mengenai aktiviti neurologi.
Sebagai sebahagian daripada program Safe Genes DARPA, ketujuh pasukan merangkumi apasukan yang diketuai oleh Dr. Amit Choudhary di Harvard Medical School yang sedang mengembangkan cara untuk mengawal nyamuk yang merebak malaria, pasukan Harvard Medical School kedua yang ingin menggunakan CRISPR untuk mengesan dan membalikkan mutasi yang disebabkan oleh radiasi. Pasukan Universiti Negeri Carolina Utara yang diketuai oleh Dr. John Godwin bertujuan untuk mensasarkan sistem pemacu gen pada tikus untuk menguruskan spesies invasif, sementara University of California, Berkeley ingin menggunakan CRISPR untuk menargetkan virus Zika dan Ebola. Senarai lengkap projek dan perincian pasukan boleh didapati di laman web DARPA.
Baru-baru ini, ahli biologi struktur Osamu Nureki dari University of Tokyo berkongsi rakaman CRISPR penyuntingan DNA dalam masa nyata yang menjadi sebahagian daripada makalah terakhir pasukannya, yang diterbitkan dalam jurnal Komunikasi Alam . Klip di bawah menunjukkan CRISPR mencari DNA sebelum melakukan pengeditannya. Anda dapat melihat sehelai DNA terputus.
Rakaman itu pada awalnya ditunjukkan kepada para peserta CRISPR 2017 persidangan yang berlangsung pada bulan Jun. Makalah itu dihantar selepas persidangan ini dan diterbitkan pada 10 November.
CRISPR-Cas9: Adakah ia akan datang ke UK?
Ya. Penyelidik sel stem di UK meminta izin untuk mengubah embrio manusia dalam usaha memahami perkembangan awal manusia, dan mengurangkan kemungkinan keguguran. Pada Februari 2016,Lembaga Pemupukan dan Embriologi Manusia (HFEA) memberikan kebenaran.
CRISPR-Cas9: Mengapa CRISPR buruk?
Seperti disebutkan sebelumnya, Cas9 hanya dapat mengenali urutan genetik dengan panjang sekitar 20 pangkalan, yang bermaksud bahawa urutan yang lebih panjang tidak dapat disasarkan.Lebih ketara lagi, enzim kadang-kadang memotong di tempat yang salah. Memahami mengapa ini akan menjadi penembusan yang ketara - memperbaikinya akan menjadi lebih besar.
Sudah tentu, ada masalah bahawa CRISPR tidak berfungsi dengan baik pada embrio manusia, dan kaitannya dengan barah baru-baru ini.
CRISPR-Cas9: Siapa yang memilikinya?
Itu bukan soalan mudah untuk dijawab. Ini bergantung kepada pertempuran paten yang sedang berlangsung - mengejutkan, memandangkan CRISPR secara semula jadi berlaku pada bakteria tertentu.
Kajian Teknologimenerangkan itu, walaupun CRISPR-Cas9 pertama kali dijelaskan dalamSainspada tahun 2012 oleh Jennifer Doudna dari UC Berkeley, Feng Zhang dari Broad Institute memperoleh hak paten pada teknik tersebut dengan menyerahkan buku catatan makmal yang membuktikan bahawa dia telah menciptanya terlebih dahulu.
Pertama untuk mengajukan hak paten bermaksud ini harus diberikan kepada Doudna, tetapi keputusan itu dapat diputuskan berdasarkan pertama untuk menciptakan peraturan, yang akan menguntungkan Zhang. Pada akhirnya, kes itu diselesaikan pada Februari 2017 , ketika Lembaga Percubaan dan Rayuan Paten AS memutuskan bahawa UC Berkeley akan diberi hak paten untuk penggunaan CRISPR-Cas9 di mana-mana sel hidup, sementara Broad akan mendapatkannya di mana-mana sel eukariotik - yang bermaksud sel di tumbuhan dan haiwan.
Gambar: Petra B Fritz , VeeDunn , Galeri Gambar NIH , dan Steve Jurvetson digunakan di bawah Creative Commons
