Bir tahıl markası gibi gelebilir ama CRISPR, yaşamımız boyunca genetikte en önemli devrimlerden biri olmaya devam ediyor. Son aylarda, DNA'nın genetik dizilerini etkili bir şekilde düzenlemek, HIV'i öldürmek, Zika'yı Pac-man gibi yemek ve CRISPR-Cas proteinlerini kullanan araştırmacılar hakkında hikayeler ortaya çıktı. bakterilerin DNA'sında bir GIF depolamak .
Yine de, CRISPR'nin potansiyeline rağmen, inanılmaz derecede tartışmalı bir prosedürdür. Bir kişinin genetik yapısını değiştirmek için DNA zincirlerinin kesilmesi ve tamamen değiştirilmesi gerekiyor ve iki yeni çalışma, bu tür gen düzenleme teknolojisini kanserdeki artışla ilişkilendirdi.
Kağıtlar, birer birer Novartis ve diğeri tarafından Karolinska Enstitüsü , yayınlananDoğa Tıbbı, gen terapisi tekniklerinin bir kişinin tümörlerle savaşma yeteneğini zayıflatabileceği ve kansere yol açabileceği ve CRISPR tabanlı gen terapilerinin güvenliği konusunda endişeleri artırabileceği sonucuna varıyor.
Yine de biraz geri çekilelim.
İlgili bölüme bakın Kök hücreler nedir ve ilacı nasıl değiştirebilirler? İnsan kafa nakli: Ceset üzerinde başarıyla gerçekleştirilen tartışmalı prosedür; canlı prosedür yakın
İki makale, p53 genine odaklandı. Önceki araştırmalar, p53 geni gerektiği gibi çalışıyorsa, belirli insan tümörlerinin gelişemediğini bulmuştur. Sonuç olarak, p53, genomu CRISPR-Cas9 tarafından yapılan değişikliklerden korumak için doğal bir savunma mekanizması görevi görür. Bir kişinin genetik yapısını düzenlemek için CRISPR-Cas9 kullanıldığında, p53 geni savunmasına geçer ve düzenlenen hücreleri kendi kendini yok etmelerine neden olarak etkili bir şekilde öldürür. Aslında, bir dizi denemede CRISPR tekniğinin ilerlemesini ve etkinliğini geciktiren bu gendir.
Bununla birlikte, CRISPR-Cas9'un bir kişinin genomunda başarılı bir şekilde düzenlemeler yaptığı durumlarda, söz konusu hücrenin p53 geninin hatalı veya işlevsiz olduğunu düşündürür. Bu da vücudun kanserle daha az savaşabilmesiyle bağlantılı olabilir. Özellikle, hatalı bir p53,hücrelerin kontrolsüz bir şekilde büyümesine ve kanserli hale gelmesine neden olur veyumurtalık, kolon ve rektum kanseri.
Karolinska Enstitüsü'nden yazar Emma Haapaniemi, düzeltmeyi amaçladığımız hasarlı geni başarıyla onarmış hücreleri seçerek, istemeden işlevsel p53'ü olmayan hücreleri de seçebiliriz. açıkladı . Kalıtsal hastalıklar için gen terapisinde olduğu gibi bir hastaya nakledilirse, bu tür hücreler kansere yol açarak CRISPR tabanlı gen tedavilerinin güvenliğine ilişkin endişeleri arttırabilir.
Bununla birlikte, kanserle bağlantıya sahip olmanın kansere neden olmakla aynı şey olmadığı ve bu iki çalışmadaki sonuçların ön hazırlık olarak bilindiği, yani bulguları güçlendirmek veya reddetmek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç olduğu belirtilmelidir. Araştırmacılar, CRISPR'nin tehlikeli olduğunu söylemekten kendilerini hızla uzaklaştırıyorlar. Bunun yerine, geçerli sorunları gündeme getiriyorlar ve klinik deneylerle hızla ilerleyen şirketlere ve bilim insanlarına bağlantıya dikkat etmelerini tavsiye ediyorlar.
Çalışmalar ayrıca çok özel bir CRISPR düzenleme tekniğine (sağlıklı, düzenlenmiş DNA ekleyerek hastalıklı DNA'yı düzeltmek için kullanılan Cas-9 proteini) odaklanıyor ve diğer gen düzenleme biçimlerinin benzer endişeler yaratıp yaratmadığını görmek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç var. Gerçekten de, benzer, önceki eleştirilerin üstesinden gelmek için, Salk Enstitüsü'nden araştırmacılar yakın zamanda bir geçici çözüm bildirdiler. Genleri düzenlemek yerine, sözde epigenetik (veya genin üstünde) CRISPR yöntemi, genlerin kesilmek yerine açılıp kapatıldığını görecektir.
Bilim adamları, epigenomu değiştirerek, herhangi bir DNA'yı doğrudan değiştirmeden bir genin davranışını kontrol edebildiler; gen düzenlemesi yerine gen modifikasyonu. Fareler üzerinde yapılan deneylerde, bilim adamları böbrek hastalığı, Tip 1 diyabet ve bir tür müsküler distrofi semptomlarını tersine çevirdi. Ayrıca Alzheimer'ı yok etme potansiyeline sahiptir.
CRISPR-Cas9 nedir?
CRISPR-Cas9, DNA'yı hedeflenen bir şekilde kesebilen ve bilim adamlarının yaşamın yapı taşlarını doğru bir şekilde düzenlemesine olanak tanıyan bir genom düzenleme aracıdır. Muhtemelen biraz daha az ünlü olan CRISPR-Cas1 ve CRISPR-Cas2 ikilisinin yanında bahsedildiğini göreceksiniz - her ikisi de bir bakterinin kendi genomuna DNA parçalarını kesiyor (daha fazlası için).
Cas9 aslında ilk olarak 1980'lerde, tek hücreli bakterilerin, hücrelerin istenmeyen davetsiz misafirleri ortadan kaldırabilmesini sağlayan savunma mekanizmalarının bir parçası olarak gözlemlendi. Bilim adamları, teknolojiyi uyarlayarak, genom dizilerini benzeri görülmemiş bir hız, hassasiyet ve doğrulukla hedefleyebildiklerini keşfettiler.
CRISPR-Cas9'u bir bilgisayar belgesinde bul ve değiştir araması gibi hayal edin, yalnızca kelimeler yerine genetik dizileri düzenliyorsunuz.DNA'yı doğru bir şekilde değiştirmek bilimsel bir kutsal kâsedir ve potansiyel çok büyüktür. Hastalıkları yok etmek için kullanılabilir – kistik fibroz, orak hücreli anemi ve Huntington gibi kalıtsal olanlar bile geçmişte kalabilir.
CRISPR adı, daha az akılda kalıcı kümelenmiş düzenli aralıklarla kısa palindromik tekrarların kısaltmasıdır. Cas kısmı, ilişkili CRISPR'yi ifade eder.
CRISPR-Cas9: Nasıl çalışır?
CRISPR, belirli bakterilerin doğal olarak oluşan savunmalarının bir parçasıdır. Bir bakteri istilacı bir virüs tespit ettiğinde, yabancı DNA'nın parçalarını CRISPR çevresinde kendi genomuna kopyalayabilir ve karıştırabilir. Kesimi Cas9 yapar, Cas1 ve Cas2 ise dış DNA'yı hücrenin genomuna ekler.
iki faktörlü kimlik doğrulama nasıl kapatılır
Virüs bir sonraki tespit edildiğinde, CRISPR, Cas proteininin devreye girdiği genom dizisinin tam bir kopyasına sahip olur: DNA'yı kesebilir ve istenmeyen genleri inanılmaz bir doğrulukla devre dışı bırakabilir.
Veya, Carl Zimmer'in açıkladığı gibi : CRISPR bölgesi virüs DNA'sı ile dolduğunda, mikrobun karşılaştığı düşmanları temsil eden en çok aranan moleküler bir galeri haline gelir. Mikrop daha sonra bu viral DNA'yı Cas enzimlerini hassas güdümlü silahlara dönüştürmek için kullanabilir. Mikrop, her aralayıcıdaki genetik materyali bir RNA molekülüne kopyalar. Cas enzimleri daha sonra RNA moleküllerinden birini alır ve onu beşikler. Birlikte, viral RNA ve Cas enzimleri hücre boyunca sürüklenir. CRISPR RNA ile eşleşen bir virüsten genetik materyalle karşılaşırlarsa, RNA sıkıca kilitlenir. Cas enzimleri daha sonra DNA'yı ikiye bölerek virüsün çoğalmasını engeller.
2012 yılında, Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'den bilim adamları bir çığır açan kağıt genleri istedikleri gibi düzenlemek için CRISPR-Cas bağışıklık sistemini yeniden programlayabildiklerini gösterdiler. CRISPR-Cas9, herhangi bir gen dizisini tanımlayabilen ve düzenleyebilen belirli bir Cas proteini ve hibrit bir RNA kullanır. Olasılıklar çok büyük.
Kısacası, CRISPR hedeflenecek DNA dizilerini listeler ve ardından Cas9 kesme işlemini yapar. Bilim adamlarının sadece CRISPR'yi doğru kodla programlaması gerekiyor ve gerisini Cas9 hallediyor.
Bu aynı zamanda hatalı genler için de geçerli olabilir - şu anda sorunlara neden olan bölümler CRISPR-Cas9 ile kaldırılabilir ve daha sonra sağlıklı genetik kodla değiştirilerek teorik olarak problem çözülebilir.
CRISPR-Cas9: İnsanlar üzerinde kullanıldı mı?
Evet, Çin'de . Bir doğurganlık kliniğinden elde edilen insan embriyolarını kullanan bilim adamları, her hücrede beta talasemiye neden olan bir geni düzenlemek için CRISPR-Cas9'u kullanmaya çalıştılar. Kullanılan donör embriyoların cansız olduğu ve canlı doğumla sonuçlanamayacağı unutulmamalıdır.
Her halükarda başarısız oldu ve oldukça kötü bir şekilde başarısız oldu: 86 embriyo enjekte edildi ve 48 saat ve yaklaşık sekiz hücre büyüdükten sonra 71 hayatta kaldı ve bunlardan 54'ü genetik olarak test edildi. Sadece 28 tanesi başarıyla birleştirildi ve çok azı araştırmacıların amaçladığı genetik materyali içeriyordu.Normal embriyolarda yapmak istiyorsanız, %100'e yakın olmanız gerekir, baş araştırmacı. Jungiu Huang anlattıDoğa . Bu yüzden durduk. Hala çok olgunlaşmamış olduğunu düşünüyoruz.
Bunun da ötesinde, büyük olasılıkla daha fazla belgelenmemiş hasar yapılmıştır. Olarak New York Times açıklar :Çinli araştırmacılar, deneylerinde gen düzenlemesinin neredeyse kesinlikle belgelediklerinden daha büyük hasara yol açtığına dikkat çekiyorlar; embriyo hücrelerinin tüm genomlarını incelemediler.
Tahmin edebileceğiniz gibi, bilim camiasında büyük miktarda tartışmaya neden oldu.
Kasım 2016'da , başka bir grup Çinli bilim adamı, yetişkin bir insan üzerinde CRISPR-Cas9'u ilk kullanan oldu ve akciğer kanseri hastası bir hastaya, PD-1 proteinini devre dışı bırakmak için CRISPR tarafından değiştirilmiş bağışıklık hücreleri enjekte ederek, teorik olarak hastanın vücudunun kansere karşı savaşmasını sağladı .
Sonra, bir ders çalışma 3 Ağustos'ta yayınlanan bilim adamları, kalıtsal kalp hastalığına yol açabilecek hatalı DNA segmentini ortadan kaldırarak insan embriyolarını başarıyla 'düzenlediler' Bu çığır açan bir başarıydı ve gelecekteki insanlarda yaklaşık 10.000 tek mutasyonlu genetik bozukluğun (yani tek bir hatalı genin neden olduğu hastalıklar) potansiyel olarak önlenmesine yönelik yollar sağladı.
CRISPR-Cas9 ve etik
Çinli bilim adamları hayata dönüşmeyecek embriyolar kullanmış olsalar da, insan embriyoları üzerinde deneyler yapmak konusunda gerçek etik kaygılar var - aslında, Çin araştırmasının yayınlanmasından sadece bir ay önce, bir grup Amerikalı bilim insanı dünyayı bunu yapmamaya çağırdı .
Bunun bir kısmı teknolojinin ne kadar olgunlaşmamış olduğuna bağlı – bunun sadece 2012'den beri aktif olarak kullanıldığını ve bu noktada tamamen olgunlaşması şaşırtıcı olacağını unutmayın. Bilim adamları, bu noktada insanlar üzerinde kullanmanın çok yanlış anlaşıldığı ve tehlikeli olduğu konusunda uyardılar ve Çin araştırması kesinlikle bu endişeyi haklı çıkarıyor. Kusursuz çalışsa bile, nesiller boyu öngörülemeyen sonuçların ortaya çıkabileceğine dair endişeler var.
Ancak, %100 güvenli ve başarılı olsa bile, başka etik kaygılar da var: Huntington ve kistik fibroz gibi öldürücü genetik hastalıkları yok etme potansiyelimizi kimse geri tutmamız gerektiğini iddia etmese de, CRISPR-Cas9 potansiyel olarak değişim fırsatı sunuyor. bir kişi hakkında herhangi bir şey. Genetik dizi tanımlandığı sürece teoride düzenlenebilir.
Yaşamı etkileyen hastalıkları doğumdan önce ortadan kaldırmak bir şeydir - ebeveynlerin bebeklerini daha güçlü, daha hızlı veya daha iyi görünecek şekilde tasarlayabilmeleri tamamen başka bir şeydir. Bunun insanların yapmasına izin verilmesi gereken bir şey olduğunu kabul etseniz bile, bunun büyük ölçüde ticarileştirilmesi ve yalnızca zenginlerin bunun sağlayabileceği tüm ekstra yaşam avantajlarını karşılayabilmesini sağlaması ve eşitsizliği büyük ölçüde etkilemesi ihtimali vardır.
CRISPR-Cas9: Şimdiye kadar ne yapıldı?
Tabii ki, kaydedilen tek embriyonik insan deneyi böyle yüksek profilli bir gerilemeye neden olduğunda, bu etik sorular bir milyon mil uzakta. Bununla birlikte, CRISPR-Cas9 şimdi daha küçük testlerde son derece umut verici sonuçlar gösteriyor.
Örnekler şunları içerir: İnsan hücrelerinde HIV enfeksiyonunun önlenmesi , genetik fare hastalıklarını tedavi etmek ve hedeflenen mutasyonlarla doğan bir çift maymun .
CRISPR ayrıca DNA içinde veri depolamak için etkili bir araç olarak ortaya çıkıyor. Mart 2017'de, New York Genom Merkezi'ndeki bir çift araştırmacı, bir rapor yayınladı. Bilim dergi, sıkıştırılmış dosyaları DNA moleküllerinde saklama yöntemlerini detaylandırıyor. Dosyaları DNA'nın nükleotid bazları üzerine eşleştirilebilen ikili bir koda çevirmek için bir algoritmanın yardımıyla, araştırmacılar toplam altı dosyayı kodlamayı başardılar: 1948 akademik makalesi, Pioneer plaketi, işletim sistemi, virüs, 1895 filmiBir trenin La Ciotat istasyonuna gelişi… ve 50 dolarlık bir Amazon hediye kartı.
Birkaç ay sonra Harvard Tıp Okulu'ndan bir bilim insanı ekibi döngüsel bir video klibi yaşayan bir E.Coli bakteri hücresinin DNA'sına kodladı . Amaç, yapmak için bir sistem geliştirmektir.moleküler kaydediciler - Kendi bilgilerini çevresinden kaydedebilen DNA. Bu, toprak kirliliğini izlemekten nörolojik aktivite anlayışımızda devrim yaratmaya kadar her şeyde kullanılabilir.
DARPA'nın Güvenli Genler programının bir parçası olarak yedi ekip, birHarvard Tıp Okulu'nda sıtma yayan sivrisinekleri kontrol etmenin yollarını geliştiren Dr. Amit Choudhary liderliğindeki ekip, radyasyonun neden olduğu mutasyonları tespit etmek ve tersine çevirmek için CRISPR kullanmak isteyen ikinci bir Harvard Tıp Okulu ekibi. John Godwin liderliğindeki bir Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi ekibi, istilacı türleri yönetmek için sıçanlarda gen sürücü sistemlerini hedeflemeyi amaçlarken, California Üniversitesi, Berkeley, Zika ve Ebola virüslerini hedeflemek için CRISPR kullanmak istiyor. Projelerin ve ekip ayrıntılarının tam listesi DARPA'nın web sitesinde mevcuttur.
Daha yakın zamanlarda, Tokyo Üniversitesi'nden yapısal biyolog Osamu Nureki, ekibinin dergide yayınlanan son makalesinin bir parçasını oluşturan gerçek zamanlı olarak CRISPR düzenleme DNA'sının inanılmaz görüntülerini paylaştı. Doğa İletişimi . Aşağıdaki klip, düzenlemelerini yapmadan önce CRISPR arama DNA'sını göstermektedir. Bir DNA zincirinin bağlantısının koptuğunu görebilirsiniz.
Görüntüler başlangıçta katılımcılara gösterildi. CRISPR 2017 Haziran ayında gerçekleşen konferans. Bildiri bu konferansın ardından sunuldu ve 10 Kasım'da yayınlandı.
CRISPR-Cas9: İngiltere'ye mi gelecek?
Evet. Kök hücre araştırmacıları İngiltere'de izin istedi erken insan gelişimini anlamak için insan embriyolarını değiştirmek ve düşük yapma olasılığını azaltmak. Şubat 2016'da,İnsan Gübreleme ve Embriyoloji Kurumu (HFEA) izin verdi.
CRISPR-Cas9: CRISPR neden kötü?
Daha önce bahsedildiği gibi, Cas9 sadece yaklaşık 20 baz uzunluğundaki genetik dizileri tanıyabilir, yani daha uzun diziler hedeflenemez.Daha da önemlisi, enzim hala bazen yanlış yerde kesiyor. Bunun neden olduğunu bulmak başlı başına önemli bir gelişme olacak - onu düzeltmek daha da büyük olacak.
Sonra, elbette, CRISPR'nin insan embriyolarında çok iyi çalışmadığı ve kanserle olan daha yeni bağlantıları sorunu var.
CRISPR-Cas9: Kimin sahibi?
Bu cevaplaması basit bir soru değil. Devam eden bir patent savaşına tabidir - şaşırtıcı bir şekilde, verilen CRISPR belirli bakterilerde doğal olarak meydana gelir.
Teknoloji İncelemesiaçıklar CRISPR-Cas9 ilk olarakBilim2012'de UC Berkeley'den Jennifer Doudna tarafından Broad Institute'dan Feng Zhang, ilk icat ettiğini kanıtlayan laboratuvar not defterleri göndererek teknik üzerinde bir patent kazandı.
İlk önce patent haklarını dosyalamak, bunun Doudna'ya verilmesi gerektiği anlamına gelir, ancak karar, Zhang'ı tercih edecek olan, ilk önce kuralları icat edenlere göre kararlaştırılabilirdi. Sonunda, dava Şubat 2017'de çözüldü ABD Patent Deneme ve Temyiz Kurulu, UC Berkeley'e herhangi bir canlı hücrede CRISPR-Cas9 kullanımı için patent verilmesine karar verdiğinde, Broad bunu herhangi bir ökaryotik hücrede, yani bitki ve hayvanlardaki hücrelerde alacaktı.
Görüntüler: Petra B Fritz'in fotoğrafı. , VeeDunn , NIH Resim Galerisi , ve Steve Jurvetson Creative Commons altında kullanılır
