2017. je još jednom pokazala ogroman potencijal genetskog uređivanja u medicini. Na primjer, moglo bi promijeniti transplantaciju. Povećane kvalifikacije kirurga i nove tehnologije omogućuju izvođenje fantastičnih operacija, ali sva ta čuda ostaju u maloj potražnji zbog izuzetno malog broja donorskih organa. Tako u Ujedinjenom Kraljevstvu 15 000 pacijenata treba transplantaciju srca, ali samo 150 može to primiti tako da se organi koriste tako da ne izazovu negativne posljedice za primatelja. Jednako hitan problem - širenje bakterija otpornih na antibiotike - također se može riješiti pomoću CRISPR-a. Nekoliko timova istraživača radi na uništavanju takvih "superbakterija" pomoću .

Uređivanje gena proizvodi prvi potpuni lijek za HIV

Izvješća da je CRISPR korišten za liječenje određene bolesti postaju uobičajena. Dakle, znanstvenici su je uspjeli izliječiti, ali zasad samo na miševima. Skeptici su često sumnjičavi u vezi s rezultatima pokazanim na glodavcima, ali čak i za njih postoje uzbudljive vijesti - poput one kako je dječak koji boluje od rijetke bolesti dobio transplantaciju. četvorni metar. Nova koža, koja je zamijenila 80% stare, bolesne kože, uzgojena je s 3 kvadrata. cm, koji su bili izloženi modificiranom virusu. Možda ćemo ove godine vidjeti tvrtke koje će pustiti u pogon gensku terapiju i početi uz pomoć nje liječiti anemiju srpastih stanica, talasemiju i druge. I, naravno, CRISPR će se nastaviti koristiti u borbi protiv raka - na primjer, modificiranjem ljudi tako da budu učinkovitiji u pronalaženju i uništavanju malignih tumora.

Znanstvenici su uz pomoć editiranja gena konačno uspjeli ono što se donedavno smatralo znanstvenom fantastikom - izravno su promijenili genom. Metoda je korištena za liječenje Hunterove bolesti, rijetke genetske bolesti povezane s nedostatkom važnog enzima u jetri. Milijarde kopija korektivnih gena i alata potrebnih za njihovu implementaciju unesene su u tijelo 44-godišnjeg muškarca; V u ovom slučaju nije bio CRISPR, nego metoda cinkovog prsta. Istraživači su riskirali, ali pacijent, koji je prošao 26 operacija, nije imao izbora. Ako uspiju, znanstvenici će provesti sličnu terapiju za pacijente s hemofilijom i fenilketonurijom. Također prošle godine, održivi ljudski embrij je prvi put genetski modificiran pomoću CRISPR-a, prvo godine, a zatim godine. U oba slučaja embrij je bio pošteđen nekoliko mutacija odgovornih za nasljedne bolesti, ali nije mu dopušten razvoj iz etičkih razloga. Međutim, stvarnost američkog rada su znanstveni protivnici.

CRISPR kao oružje

Uređivanje gena također može postati pravo oružje. Srećom, još nema govora o njegovoj upotrebi protiv ljudi - mislimo na štetočine, na primjer, komarce. Sami po sebi, ovi insekti su većinom bezopasni, ali mogu prenositi razne bolesti - od žute groznice do malarije. Ove bolesti uzrokuju milijarde dolara štete globalnom gospodarstvu i ubijaju stotine tisuća ljudi godišnje. Stručnjaci predlažu da se uredi genom komaraca kako više ne bi mogli prenositi patogene. Druga mogućnost je njihovo potpuno istrijebljenje ili značajno smanjenje populacije puštanjem sterilnih mužjaka. Ovaj pristup dijeli i DARPA, koja je uložila u “borbeno” istraživanje CRISPR-a. Ekolozi sa zabrinutošću promatraju takve inicijative: uništenje cijele vrste može uništiti ekosustave, a prisutnost tehnologije koja može istrijebiti populacije u rukama vlade ili poduzeća predstavlja ozbiljnu prijetnju okolišu.

Bill Gates: Genska terapija raka iskorijenit će zarazne bolesti

S puno većim simpatijama stručnjaci gledaju prema Novom Zelandu, gdje planiraju uz pomoć CRISPR-a. Nekada davno u ovoj zemlji nije bilo sisavaca osim perajaka i šišmiša, ali čovjek je ovamo donio štakore, mačke, stojace i oposume. Sisavci su se vrlo brzo pretvorili u štetočine, uništavajući lokalnu faunu – prvenstveno ptice, koje su milijunima godina živjele u svijetu bez predatora. Mnoge su vrste već izumrle, a kako bi očuvala preostalu biološku raznolikost, novozelandska vlada spremna je poduzeti oštre mjere. Prema planu, do 2050. godine na otocima ne bi trebalo ostati nijedne unesene životinje. Tradicionalno su se za borbu protiv njih koristili otrovi i zamke, ali stvaranje genetskog sustava koji se samostalno širi kroz populaciju i smanjuje reproduktivni uspjeh puno je učinkovitije i sigurnije za domaće vrste. Novozelandski znanstvenici trenutno proučavaju hoće li genetski rat uzrokovati više štete nego koristi.

Tvrtka Monsanto odavno je u javnosti postala sinonim za “zlu korporaciju” iz holivudskih filmova i mnoge plaši ni manje ni više nego hipotetskim “genetskim oružjem”. Međutim, ciljevi koje ona izgovara čine se dobrima: na primjer, biotehnološki div planira koristiti CRISPR za razvoj usjeva koji su produktivniji i otporniji na ekstremnim uvjetima okoliš. Možda će ova tehnologija pomoći Zemlji koja se zagrijava. Poljoprivreda budućnosti koristit će se i genetskom modifikacijom životinja – primjerice, u Kini su je već napravili tako što su neke svoje gene zamijenili genima miševa.

Rivali i nasljednici CRISPR-a

Unatoč svim svojim prednostima, CRISPR je nesavršena tehnologija. Prilikom rezanja DNK i uvođenja željenog gena u genom moguće su pogreške: na primjer, možete slučajno dodirnuti susjedni gen ili izazvati mutaciju. Onaj koji su predložili stručnjaci s Medicinskog instituta Howard Hughes nema tih nedostataka. Umjesto umetanja i rezanja cijelih dijelova DNK, oni zamjenjuju pojedinačne nukleotide u njoj, prepisujući "slova" koja ispisuju genom. CRISPR se često uspoređuje sa škarama, u kojem slučaju se nova tehnologija može nazvati "olovkom". Idealan je za ispravljanje pojedinačnih štetnih mutacija.

Druga alternativa, eukariotsko multipleksno uređivanje gena (eMAGE), također će omogućiti uvođenje novih gena. A istraživači iz startupa tvrde da su naučili zamijeniti oštećene dijelove genoma uređenima, koristeći prirodne mehanizme diobe stanica. Prema njihovim riječima, uspjeli su ovaj proces učiniti upravljivim uz pomoć posebnih virusa. Istina, treba pričekati strogu znanstvenu provjeru navedenih rezultata. U mnogim slučajevima, umjesto genetske modifikacije, učinkovitije je koristiti tzv. U tom slučaju RNA lanac, enzim i aktivator transkripcije nalaze se na željenom genu i pokreću njegov rad. Gen ne treba rezati ili lijepiti - jednostavno se vraća njegova funkcija.

Prvi lijek za gensku terapiju ušao je na američko tržište

Tehnologije

Možda je najpametnije ne napustiti CRISPR, već ga unaprijediti. Na primjer, virus koji dostavlja RNA i enzim u jezgru stanice može biti napadnut od strane imunološkog sustava, što će smanjiti učinkovitost metode. Da biste to izbjegli, možete koristiti. Tehnologiju su testirali zaposlenici MIT-a na miševima i pokazala je izvrsnu učinkovitost: potrebni geni su uređeni u 80% stanica. Tehnologija se također može modificirati za druge svrhe. Na primjer, lišite ovaj alat mogućnosti izrezivanja dijelova DNK, ostavljajući samo mogućnost pričvršćivanja na prava točka genom. U ovom slučaju, CRISPR bi bio idealna oznaka koja označava mjesto mutacija, koje bi se zatim mogle vidjeti pomoću mikroskopa atomske sile. To će omogućiti, na primjer, identificiranje onih koji vode do razne bolesti. Metoda će biti učinkovitija od tradicionalnog sekvenciranja i fluorescentne hibridizacije.

Strahovi i sumnje

Kao i svaka nova tehnologija, uređivanje gena izaziva nepovjerenje u društvu. Mnogi od nas još uvijek se boje jesti GMO hranu, pa nas ne trebaju čuditi prosvjedi protiv diranja u ljudski genetski kod ili populacije divljih životinja. No dok se mnogi strahovi lako mogu pripisati biološkoj nepismenosti, etičari imaju ozbiljnije zamjerke. Što ako, nakon što smo naučili uređivati ​​genom embrija za borbu protiv genetskih bolesti, počnemo proizvoditi "dizajnerske" bebe s unaprijed određenom bojom očiju i razinom inteligencije? Stručnjaci iz područja genetike te strahove smatraju opravdanima, no... Prvo, genom ne određuje 100% ono što jesmo – odgoj i okolina u kojoj se razvijamo imaju jednako važnu ulogu. Drugo, dvije druge tehnologije, čije se uvođenje smatralo prvim koracima prema distopijama u duhu Gattace, tijekom desetljeća pokazale su svoju sigurnost. Riječ je o o IVF-u i amniocentezi (analiza amnionske tekućine i tkiva posteljice). Najvjerojatnije će se isto dogoditi i s CRISPR-om, iako državna kontrola njegove upotrebe neće štetiti.

I već se provodi: na primjer, prodaja kompleta za genetsko uređivanje kod kuće (koji su, očito, također potpuno beskorisni). Oni koji se žele igrati genetskog inženjera trebali bi to činiti pod nadzorom stručnjaka, primjerice, na tečajevima koje organizira startup iz New Yorka. Za 100 dolara mjesečno svatko može imati pristup laboratoriju i svemu potrebna oprema. A za 400 dolara možete pohađati intenzivni četverodnevni tečaj CRISPR tehnologije koristeći kvasac kao primjer. Iako većina sudionika dolazi u laboratorij radi zabave, sa sobom nose znanje o uređivanju gena i etičkim standardima kada radite s njim.

Infografika natječaja “bio/mol/tekst”: CRISPR/Cas je adaptivni imunološki sustav kod bakterija i arheja koji je također koristan za eukariote. Pokušali smo razjasniti ovaj mehanizam, koji je izazvao eksploziju u biološkoj zajednici i vjerojatno uvelike promijenio budućnost znanosti i čovječanstva. U ovoj infografici ćete naučiti kratka povijest studije, mehanizam i moguće primjene CRISPR/Cas sustava.

"Bio/mol/tekst"-2016

Ovaj je rad osvojio nagradu publike na natječaju “bio/mol/tekst” 2016. godine.

U natječaju su sudjelovale samo infografike!
Tekst je napisala Olga Volkova.

Generalni sponzor natjecanja, prema našem crowdfundingu, bio je poduzetnik Konstantin Sinjušin, prema čemu ima veliko ljudsko poštovanje!

Sponzor nagrade publike bila je tvrtka Atlas.

Sponzor objavljivanja ovog članka je Dmitry Gennadievich Kalashnikov.

Kako funkcionira imunološki sustav prokariota?

Sustavi CRISPR-Cas nalaze se u gotovo svim poznatim arhejama i polovici bakterija. Češće se nalaze na kromosomu, rjeđe - kao dio faga (bakterijskih virusa) i drugih mobilnih genetskih elemenata. Ovi se sustavi sastoje od dva glavna bloka: CRISPR kasete i uz njega klaster gena cas . Kaseta je blok izravnih gotovo palindromskih ("ogledalo", komplementarnih nizova koji se mogu saviti u ukosnice) ponavljanja Veličine 24–48 parova nukleotida. Ta su ponavljanja isprekidana odstojnici- jedinstveni umeci približno iste duljine. Razmaknice su identične različitim regijama faga i drugih mobilnih elemenata koji su ikada ušli u ovu stanicu ili njezine pretke. Broj ponavljanja u različitim sustavima ah varira od jedinica do stotina.

Stoga se CRISPR može smatrati zbirkom ponovljenih "fotografija" napadača staničnih granica. Ova kolekcija se sastavlja jednostavnom posudom njihovih komada, a kako bi se oduprla novoj invaziji istih molekularnih agenasa, kolekciju je potrebno redovito “pregledavati” i ažurirati. Ova funkcija zahtijeva voditeljski niz, prethodeći nizu ponavljanja. Bogat je AT parovima s niskim talištem i sadrži promotor koji kontrolira transkripciju CRISPR kazete ("pregledavanje zbirke").

Geni cas kodiraju proteine ​​koji preuzimaju glavninu posla umetanja razmaknica i razarajućih agenasa s identičnim sekvencama ( protorazmaknice) i pomoći u obradi CRISPR prijepisa: podijelite foto vijenac u zasebne portrete. Funkciju razaranja obavljaju Cas proteini tzv efektor. Ovisno o vrsti efektora, svi CRISPR sustavi dijele se u dvije klase: I klasa meta je uništena multiproteinskim kompleksom, i II- jedan veliki protein. Ove klase se dalje dijele na šest vrsta. Većina efektora napada DNA, samo jedan napada isključivo RNA, a rijetki napadaju obje molekule. Jedan organizam može sadržavati više različitih sustava, a razmaknice se razlikuju u različitim stanicama čak i iste populacije.

Što to vodi doznaje se iz natječajnog članka o bakteriofazima i vječnoj utrci u naoružanju u svijetu faga i bakterija: “ Žderači bakterija: Ubojice kao spasitelji". Usput, postoji mnogo zanimljivih elektroničkih slika faga zaštićenih autorskim pravima.

Za rješenja inženjerski problemi Sustav tipa II, koji pripada klasi II, je najprikladniji - on je najjednostavniji. To je njegov efektorski protein koji se zove Cas9 - ista oznaka koja se pojavljuje u modernim sustavima za uređivanje genoma.

Kako se stvara imunitet posredovan CRISPR-om?

Ako virus prodre u bakteriju ili arheju opremljenu CRISPR sustavom, ona se uključuje adaptacijski funkcijski modul sustavi: specifični Cas proteini - u svim sustavima to su najmanje Cas1 i Cas2 - iz stranca izrezuju fragmente koji im se sviđaju. U nekim slučajevima, efektorski protein također pomaže u odabiru protospacera. Proteini odabiru područja u blizini određene sekvence PAM (protospacer susjedni motiv) - samo nekoliko nukleotida, ali različito za različite CRISPR sustave. Zatim ti isti adaptacijski proteini ubacuju fragment u CRISPR kasetu, uvijek s jedne strane - na vodećoj sekvenci. Tako nastaje novi razmaknica, a ujedno i novi repetitor. Cijeli ovaj proces tzv prilagodba, ili stjecanje, ali u biti ovo je sjećanje na neprijatelja. Informacije o svim zapamćenim neprijateljima dobivaju tijekom diobe svi potomci stanice.

Kako se provodi imunitet posredovan CRISPR-om?

Za traženje uzročnika ponovne invazije, CRISPR kazeta mora izraziti. Kao rezultat njegove transkripcije nastaje duga molekula RNA - pre-crRNA. Uz pomoć RNaze III i, u pravilu, Cas proteina, transkript se reže na ponavljanja u pojedinačne crRNA- molekule koje sadrže jedan razmaknicu i dijelove ponavljanja koji ga okružuju (jedan od njih je duži). U sustavima tipa II, ovaj proces, tzv sazrijevanje, potreban još jedan sudionik - tracrRNA (trans-aktivirajuća CRISPR RNA), koji je kodiran pored cas-Klastera.

Dalje, u sustavima klase I, crRNA stupa u interakciju s proteinskim kompleksom Cas, a u sustavima klase II, crRNA ili dupleksi tracrRNA-crRNA vežu se na jedan efektorski protein, na primjer Cas9. Ovako se formira modul smetnji- radna imunološka jedinica koja se sastoji od vodeće RNA i efektorskog proteina (ili kompleksa). Skup takvih jedinica "skenira" stanicu u potrazi za napadačima.

Kada se detektira komplementarna crRNA sekvenca, odnosno protospacer, modul se "zalijepi" za nju i određuje je li označena kao "sopstvena", stanična. Ako nije, i ako je isti PAM uz njega, tada efektorski protein, koji je endonukleaza, presijeca oba lanca DNA na točno određenim mjestima. Cijeli proces tzv smetnje. U posebnom slučaju, u sustavu tipa VI, postoji RNA interferencija, jer je efektorski protein ribonukleaza i uništava RNK. Na ovaj ili onaj način, napadnuti fagi ili plazmidi su onesposobljeni. Pa, ovo stvara dodatnu priliku za "krađu" novih odstojnika.

Koji problemi mogu nastati tijekom provedbe imunološkog odgovora? Moguće je da se s udaljenošću od vodeće sekvence, odnosno od CRISPR promotora, smanjuju šanse da se spacer transkribira i sazrije. Osim toga, postoji mišljenje da s vremenom udaljeni razmaknici mogu akumulirati mutacije koje sprječavaju učinkovito ometanje cilja ili se potpuno uklanjaju. Ali budući da se prilagodba novih razmaknica događa u blizini promotora, udaljeni razmaknici su fotografije agenasa koji dugo nisu napadali ovu staničnu liniju, a stanica ne treba stalnu borbenu spremnost u odnosu na njih. Čak i jednonukleotidne mutacije mete mogu postati pravi problem. Općenito, komplementarnost je najvažnija u ovom pitanju.

Zar ne bismo trebali ukrotiti tuđi imunitet?

Nakon što su detaljno proučili principe rada streptokoknog sustava CRISPR-Cas9 (tip II), znanstvenici su pomislili: zašto ne pokušati ispraviti genome drugih organizama uz njegovu pomoć? Pojavile su se nove nade za liječenje genetskih (i drugih) ljudskih bolesti, jer ova metoda uređivanja in vivo mogla biti učinkovitija od nukleaza ZFN i TALEN, koje su se već u to vrijeme intenzivno ispitivale.

Sve što je potrebno za nova tehnologija, je postavljanje proteinskog gena Cas9 i CRISPR kazete na vektore, gdje su razmaknice napravljene identične mjestima u genomu koja treba promijeniti. Promjenom broja i tipa razmaknica može se modificirati nekoliko različitih regija genoma odjednom. Brzo su shvatili da se tracrRNA i crRNA mogu bezbolno spojiti u jednu kimernu molekulu sgRNA (jednovodična RNA), a RNaza III u eukariotskim stanicama lako se zamjenjuje drugim ribonukleazama. Pa, također je bilo potrebno optimizirati sustav za eukariotske stanice: ispraviti sastav kodona i dodati nuklearnu "adresu" tako da jasno prati mjesto rada - kromosome.

Rezultat je bio jednostavan i, što je važno, jeftin dvokomponentni sustav: gen cas9 i CRISPR kazeta se prepisuju u staničnoj jezgri odabranog organizma, CRISPR transkript se reže na pojedinačne sgRNA, koje se kombiniraju s Cas9 proteinima i traže cilj. Kada sgRNA pronađe komplementarno mjesto u genomu organizma, Cas9 tupo presijeca oba lanca DNK. To je to, rad CRISPR sustava je gotov. Sada je palica predana sustavima popravka samog tijela. Oni odlučuju kako najbolje zakrpati posjekotinu: hoće li jednostavno sašiti dijelove (to će biti nehomologno spajanje krajeva, NHEJ), ili, ako postoji odgovarajući predložak s bokovima komplementarnim DNK sekcijama s obje strane prijeloma, stavite "flaster" (ovo će biti homologna rekombinacija). Dakle, prva opcija je korisna ako trebate nešto izrezati, druga - ako trebate nešto umetnuti ili zamijeniti neispravni dio DNK s normalnim, koji se jednostavno uvodi na prikladnom vektoru. Ponekad se koristi homologija s uparenim kromosomom ako željeni lokus na njemu nije neispravan.

Naravno, tehnologija još uvijek nije bez nedostataka. Cas9, na primjer, može pokazati aktivnost izvan cilja "zažmirivši" na manje neusklađenosti između sgRNA i cilja. Prema K. Severinovu, glavni problem je bioinformatičko predviđanje meta, budući da je, osim prisutnosti PAM regije, potrebno uzeti u obzir puno čimbenika, uključujući i stanje kromatina. Osim toga, scenarij po kojem će se posjekotina sanirati ne odgovara uvijek željenom, pa se sada aktivno traže čimbenici koji utječu na odabir ovog scenarija od strane stanice. Osim optimizacije CRISPR-Cas9 i mehanizama za njegovu dostavu do željenih stanica, testiraju se i druge vrste CRISPR sustava.

Raspon primjene CRISPR-Cas9 i njegovih modifikacija

Točke primjene CRISPR tehnologije mogu se uvjetno grupirati u tri velike skupine: “CRISPR za istraživanje”, “CRISPR za biotehnologiju” i “CRISPR za terapiju”.

1. “CRISPR - za istraživanje”. Tehnologija nam omogućuje proučavanje uloge specifičnih gena u procesima razvoja i života organizama. Alternativa je utvrditi ulogu gena i njihove preraspodjele u pojavi i napredovanju genetskih bolesti i raka: ovaj vam alat omogućuje stvaranje prekrasnih sustavi modela.

Ako je Cas9 lišen jedne domene nukleaze, protein postaje nikaza ( nCas9) - reže samo jedan lanac DNA, - a ako su dva uskraćena odjednom, tada protein postaje inaktiviran, ili “mrtav” ( mrtav, dCas9). Takav protein ne smanjuje ništa, ali sustav CRISPR-dCas9 može se koristiti za potiskivanje cijelih skupova gena ili kao platforma za konstrukciju složenijih regulatornih i modificirajućih kompleksa. Na primjer, ako je na njega spojena aktivacijska domena, aktivira se ekspresija ciljnih gena. Za epigenetsku modifikaciju potrebne zone dovoljno je dodati modificirajuću domenu. A označavanjem dCas9 fluorescentnim proteinima mogu se vizualizirati različite regije kromosoma. Jasno je da će regulatorne mogućnosti sustava također biti tražene u medicini. Osim toga, različite varijante CRISPR-Cas otvaraju nove mogućnosti za probir ciljanih lijekova.

2. “CRISPR - za biotehnologiju”. Ovdje govorimo o upotrebi CRISPR-Cas9 u najmanje tri svrhe:

3. “CRISPR - za terapiju”. Čini se da ovdje nema granica mašti. Ako govorimo o nasljednim bolestima, CRISPR-Cas9 je već “isproban” u kulturama stanica ili životinjskim modelima za anemiju srpastih stanica i β-talasemiju, M2DS sindrom i Duchenneovu mišićnu distrofiju, cističnu fibrozu (korigirani mutirani CFTR lokus u ljudskom crijevnom stablu stanice) i tirozinemija, katarakta (dominantna mutacija u genu eliminirana je kod miševa Crygc) i retinitis pigmentosa. Općenito, očne bolesti sada su u središtu pozornosti jer se genetski konstrukti lako prenose u oči.

Prednosti korekcije genoma u germinativnoj liniji (kao skupu bilo kakvih generativnih stanica koje međusobno povezuju generacije organizama) i matičnih stanica su očite, ali čak i promjene napravljene na somatskim stanicama već razvijenih organa imaju učinka. Pogotovo kada je riječ o borbi protiv bolesti jetre i mišića. O rezultatima terapijske primjene CRISPR-Cas9 u različiti tipovićelije govori svježa recenzija.

Posebno obećavajuće područje je borba protiv kroničnih virusnih bolesti poput hepatitisa i HIV infekcije. Ako patogen postoji u tijelu kao provirus (virusna DNK ugrađena u stanični genom), tada se može jednostavno izrezati. Upravo je to učinio tim biologa iz SAD-a, oslobodivši ljudske limfocite od HIV-a (o tome su izvijestila dva “biomolekularna” članka odjednom: “ Bitka stoljeća: CRISPR PROTIV HIV-a"I" CRISPR/Cas9 kao pomoćnik u borbi protiv HIV-a"). Istina, HIV je izrazito promjenjiv objekt i s njim još treba lomiti koplja.

Može se sanjati da će varijante nedavno opisanog tipa VI CRISPR sustava, onog koji uništava samo RNK, naći primjenu u terapiji tumora, a kako se pokazalo, bilo koji stanične RNA neselektivno: lansirati takav sustav u stanicu raka je kao poslati kletvu na nju.

CRISPR-Cas je više od pukog imuniteta

Ispostavilo se da ovaj sustav puno više znači za bakterije i njihovu evoluciju.

Nekanonske aktivnosti CRISPR sustava ili njihovih pojedinačnih komponenti nastale su kao nusproizvodi njihove imunološke funkcije ili kao neovisno odabrana svojstva. Najvjerojatnije su CRISPR kazete i Cas proteini nekoć radili odvojeno, a izvorni zadatak potonjih bio je reguliranje ekspresije gena i popravak DNA. Uočene moderne CRISPR-Cas komponente:

Infografika je napravljena u suradnji s Pavelom Čirkovom, magistrom Fakulteta političkih znanosti Sveučilišta u St. državno sveučilište. Možete ga preuzeti u jednoj datoteci.

Književnost

1. J. A. Doudna, E. Charpentier. (2014). Nova granica genomskog inženjeringa s CRISPR-Cas9. Znanost. 346 , 1258096-1258096;
2. Ruud. Jansen, Jan. D. A. van Embden, Wim. Gaastra, Leo. M. Škole. (2002).

Ovaj tekst je jedan od njih. Tehnologija CRISPR-Cas9 privlači veliku pažnju kako znanstvenika tako i onih koji se zanimaju za biotehnologiju. Mnogi ljudi vjeruju u to nova metoda Precizno uređivanje gena omogućit će stvaranje savršene osobe u budućnosti. Lenta.ru govori o tome što je sustav CRISPR i trebamo li od njega očekivati ​​čuda.

Početkom veljače 2016. postalo je poznato da je britanska vlada dopustila znanstvenicima promjenu DNK ljudskih embrija u istraživačke svrhe pomoću sustava CRISPR. Ne govorimo o stvaranju GMO ljudi, jer će svi modificirani embriji dobiveni in vitro oplodnjom biti uništeni nakon 14 dana. Međutim, javnost se jako zabrinula. Na primjer, američki direktor Nacionalne obavještajne službe James Clapper rekao je da su tehnologije za uređivanje genoma potencijalno oružje za masovno uništenje. Njegova pesimistična prognoza utjelovljena je u novoj sezoni serije “ Tajni materijali“, gdje je sustav CRISPR korišten za globalni genocid. Što je CRISPR tehnologija, zašto izaziva toliko uzbuđenja među znanstvenicima, strahove u javnosti i što zapravo može dati čovječanstvu?

Slika: Steve Dixon/Feng Zhang/MIT

Antivirusna zaštita

CRISPR je imunološki sustav bakterija i arheja koji spašava mikroorganizme od virusa. Prvi su ga otkrili japanski znanstvenici kasnih 1980-ih u bakteriji Escherichia coli (Ešerihija koli). Primijetili su da bakterijski genom sadrži ponavljajuće sekvence odvojene razmaknicama - jedinstvenim regijama. No, kakvu ulogu sve to ima, tada nisu mogli doznati. Slična struktura genetske kazete kasnije je pronađena u još jednom mikroorganizmu - archaea Haloferax mediterranei, a potom i u mnogim drugim prokariotima. Takve regije su se počele nazivati ​​akronimom CRISPR, odnosno Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Na ruskom - "kratka palindromska ponavljanja, redovito raspoređena u skupine."

Više od deset godina kasnije genetičari su otkrili da se uz CRISPR kasete nalaze geni koji kodiraju proteine ​​nazvane Cas. Poznati razmaknici uspoređeni su s DNK sekvencama iz opsežnih genomskih baza podataka. Ispostavilo se da su razmaknice vrlo slične dijelovima genoma virusa bakteriofaga, kao i plazmidima - kružnim molekulama DNA koje se obično nalaze u bakterijama.

Skupina bioinformatičara pod vodstvom Evgeniya Kunina iz Nacionalnog centra za biotehnološke informacije predložila je mehanizam za rad CRISPR kazeta i Cas proteina povezanih s njima. Virus koji je ušao u bakterijsku stanicu detektira se pomoću kompleksa Cas proteina koji sa sobom nose razmaknutu sekvencu. Ako potonji odgovara dijelu virusne DNA (protospacer), tada Cas proteini režu stranu DNA, sprječavajući infekciju. Kasnije su znanstvenici uspjeli umetnuti razmaknicu s fragmentom genoma bakteriofaga u bakterijsku CRISPR kazetu i promatrati kako se mikroorganizam uspješno nosi s virusom. Ovo je poslužilo kao jedan od dokaza predložene hipoteze.

Razmaknice u CRISPR kazetama predložak su za proizvodnju crRNA, koja se zajedno s Cas proteinima šalje u napad na virus. Odakle dolaze odstojnici? Kad bakterija naiđe na nepoznati virus, počinje izrezivati ​​razne dijelove DNK iz svog i tuđeg genoma i umetati ih u kasetu. Naravno, većina tih komada ispadne beskorisna pa čak i štetna, ali onaj koji pomaže tijelu u borbi protiv infekcije ostaje u CRISPR-u i prenosi se na potomke bakterije.

Slika: Annual Review of Genetics

Prodor u svetinju nad svetinjama

Ispostavilo se da postoji nekoliko varijanti CRISPR-Cas sustava. Jedan od njih ne kodira kompleks Cas proteina, već samo jedan - Cas9. Ovo je univerzalna molekula koja obavlja nekoliko funkcija odjednom: veže strani DNK i reže ga. Znanstvenici su upravo u sustavu s proteinom Cas9 vidjeli precizan alat za uređivanje genoma. U radu objavljenom u časopisu Science 2012., Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna predložile su umjetne sekvence kao crRNA koje bi prepoznale specifične dijelove DNK. Cas9 bi tada napravio rezove tamo gdje su znanstvenici potrebni. ostalo istraživačka grupa Otprilike u isto vrijeme, pokazala je da sustav CRISPR-Cas9 može raditi s genomima ne samo u bakterijama, već iu stanicama drugih organizama, uključujući ljude.

I prije sustava CRISPR bile su poznate metode uređivanja genoma. Na primjer, pomoću nukleaza koje sadrže cinkove prste. Riječ je o umjetnim enzimima koji ne postoje u prirodi, a sposobni su rastaviti lanac DNA. Cinkov prst je poseban proteinski modul koji sadrži jedan ili više iona cinka. Upravo uz pomoć takvih struktura enzimi stupaju u interakciju s DNA, RNA i drugim molekulama. Znanstvenici su spojili cinčani prst s drugim modulom koji reže lanac DNK. Takve nukleaze mogu biti usmjerene na određene regije genoma, gdje rade rezove. Problem je u tome što se za svako mjesto gdje se treba uvesti praznina mora sintetizirati, izolirati i testirati specifičan protein. Osim toga, uporaba nukleaza povezana je s velikom vjerojatnošću pogrešaka: lomovi su se često događali na pogrešnim mjestima.

Sustav CRISPR-Cas mnogo je praktičniji. Funkciju rezanja preuzima protein Cas9 koji je isti za sve ciljne lokuse. Sve što treba učiniti je sintetizirati crRNA, koja će reći proteinu gdje točno treba uvesti dvostruki prekid. Nakon što se napravi prekid, aktiviraju se sustavi za popravak DNK. Prvo, to je mehanizam nehomolognog spajanja krajeva (NHEJ), koji rezultira raznim mutacijama koje remete funkcije gena. Ako napravite mnogo takvih prekida, možete postići preuređivanje velikog dijela DNK.

Drugo, homologna rekombinacija (HR), kada slični ili identični dijelovi DNA međusobno razmjenjuju sekvence nukleotida. Ovaj se mehanizam koristi za popravak oštećenja dvostrukog lanca koji se naziva dvolančani prekid.

Kada je u pitanju kontrolirano uređivanje DNK, znanstvenicima je ugodnija homologna rekombinacija. Pomoću sustava CRISPR-Cas mogu se uvesti prekidi tako da se ukloni cijeli dio DNK. U ovom slučaju genetičari ubacuju niz koji su sami stvorili, a koji se ubacuje na mjesto izbrisanog. Na taj način moguće je “popravljati” mutacije koje uzrokuju teške bolesti. Znanstvenici uklanjaju defektni dio gena i zamjenjuju ga normalnim. Štoviše, moguće je uvesti nove mutacije, stvoriti različite varijante istog gena i dodati mu specifične sekvence, što utječe na funkcije proteina koji kodira.

Možete ispraviti mnogo defektnih gena odjednom. Da biste to učinili, trebate samo sintetizirati odgovarajuće crRNA, čije se sekvence podudaraju prava područja DNK. Cas9 proteini vežu se za crRNA i žure "popravljati" gene. Treba pojasniti da kada govorimo o slučajnosti, mislimo na komplementarnu korespondenciju. Načelo komplementarnosti pokazuje u kojem slučaju će se stvoriti veze između različitih lanaca DNA ili RNA. Nukleotid A veže se na nukleotid T, a nukleotid C na G. Stoga se npr. ACTG fragment poklapa s TGAC.

Slika: Priroda

Oružje protiv bolesti

Kada je postalo jasno da se sustav CRISPR može koristiti za uređivanje ljudskog genoma, mnogi laboratoriji diljem svijeta započeli su aktivna istraživanja. Na primjer, koriste tehnologiju za stvaranje genetski modificiranih organizama. Jedan od pravaca je stvaranje bakterija mliječne kiseline koje bi se mogle oduprijeti napadu bakteriofaga koji uništavaju kulture korisnih mikroorganizama. No možda jedna od najzanimljivijih primjena CRISPR-a je borba protiv retrovirusnih infekcija.

Retrovirusi - poput HIV-a - ugrađuju svoj genom izravno u DNK zaražene stanice. Rad objavljen u časopisu Scientific Reports pokazuje kako se CRISPR-Cas9 može koristiti za pročišćavanje T stanica zaraženih HIV-om, pa čak i za sprječavanje ponovnog ugrađivanja virusa. Genetičari su jednostavno unijeli gene koji kodiraju crRNA i Cas9 u kulturu T-stanica, koje su zauzvrat uspješno izrezale virusnu DNK iz genoma limfocita.

Kineski znanstvenici izvodili su pokuse na ljudskim embrijima i prije nego što su takva istraživanja dopuštena u Velikoj Britaniji. U travnju 2016. genetičari su izvijestili da su izmijenili gene embrija kako bi ih učinili imunima na HIV. Koristeći CRISPR, uveli su gen koji se nalazi kod ljudi koji su imuni na infekcije.

Sustav CRISPR dobro nam je došao i u borbi protiv raka. Na primjer, rad objavljen u časopisu Nature Biotechnology pokazuje da je pomoću modificiranog proteina Cas9 moguće isključiti određene gene i time odrediti njihovu ulogu u degeneraciji normalnih stanica u maligne. Ako se pokaže da mutacija u određenom genu pridonosi razvoju raka, tada je sljedeći korak ispravljanje kvara pomoću genetske manipulacije.

CRISPR može pomoći u liječenju raka krvi – leukemije. Umjesto da tražite donora koštane srži, možete uzeti uzorke tkiva iz pacijentovog vlastitog hematopoetskog organa, ispraviti neispravne matične stanice, osloboditi ih kobne mutacije, a zatim ih presaditi natrag. Ako se maligne stanice preostale u bolesnom tijelu unište zračenjem, ispravljene stanice će se moći razmnožavati i proizvoditi zdrave krvne stanice.

Pandorina kutija

Je li CRISPR sustav opasan? Na sadašnjem stupnju razvoja, br. Zabrinutost se uglavnom odnosi na činjenicu da je još uvijek prerano uređivati ​​ljudski genom u svrhu liječenja nasljednih bolesti. Tehnologija je još uvijek sirova. Tako je rad kineskih znanstvenika kritiziran zbog velikog broja lomova DNK koji su se dogodili na krivom mjestu. Osim toga, samo je nekoliko od pedeset embrija imalo ispravnu zamjenu genskog dijela.

Ako tehnologija uređivanja genoma spašava čovječanstvo od nasljednih bolesti, raka, virusa, onda je to stvar budućnosti, koja je možda mnogo dalja nego što optimisti misle. Što se tiče stvaranja poboljšanih ljudi i uključenih etičkih pitanja, to je općenito izvan onoga za što je sustav CRISPR sposoban.

Uz pomoć CRISPR-a, upravo se događa veliki napredak u genetski inženjering: znanstvenici planiraju uskoro naučiti kako nas zauvijek riješiti bilo kakvih bolesti, s perspektivom bilo kakvih kontroliranih mutacija i vječnog života.

Na objavu ovog posta potaknuo nas je video “CRISPR: uređivanje gena zauvijek će promijeniti sve”, koji govori o vrhuncu znanosti u smislu genetske modifikacije ljudi: ne radi se samo o rješavanju bolesti poput AIDS-a, raka i mnoge druge, ali i o stvaranju besprijekorne nove vrste ljudi, ljudi sa supermoći i besmrtnošću. I to se događa upravo sada pred našim očima.

Sve te mogućnosti otvaraju se zahvaljujući nedavnom revolucionarnom otkriću proteina CRISPR–Cas9, ali po redu.

Ranije se vjerovalo da je DNK u svakoj našoj stanici apsolutno identična i da sadrži našu točnu i nepromjenjivu kopiju – bez obzira koju stanicu uzmete, ali pokazalo se da to nije tako: DNK u različitim stanicama malo je drugačija i mijenjaju se ovisno o različitim okolnostima.

Otkriću proteina CRISPR-Cas9 pomogla su promatranja bakterija koje su preživjele napad virusa.

Najstariji rat na zemlji

Bakterije i virusi natječu se od početka života: virusi bakteriofaga plijene bakterije. U oceanu ubiju 40% njih ukupni broj bakterija svaki dan. Virus to čini umetanjem svog genetskog koda u bakteriju i korištenjem je kao tvornice.

Bakterije se bezuspješno pokušavaju oduprijeti, ali u većini slučajeva njihovi obrambeni mehanizmi su preslabi. Ali ponekad bakterije prežive. Tada mogu aktivirati svoj najučinkovitiji antivirusni sustav. Oni pohranjuju dio DNK virusa u svoj genetski kod, “CRISPR” DNK arhivu.Ovdje se čuva dok ne bude potrebno.

Kada virus ponovno napadne, bakterija stvara kopiju RNK iz DNK arhive i
puni tajno oružje - protein Cas9. Ovaj protein skenira bakteriju u potrazi za virusnim smetnjama uspoređujući svaki komadić DNK koji pronađe s arhivom. Kada se pronađe 100% podudaranje, on se aktivira i odsiječe DNK virusa, čineći ga beskorisnim, štiteći tako bakteriju.

Protein Cas9 skenira staničnu DNK tražeći ulazak virusa i zamjenjuje oštećeni dio zdravim fragmentom.

Značajno, Cas9 je vrlo precizan, poput DNK kirurga. Revolucija je nastala kada su znanstvenici shvatili da je sustav CRISPR programibilan - mogli su jednostavno dati kopiju DNK koju je trebalo promijeniti i smjestiti sustav u živu stanicu.

Osim što je precizan, jeftin i jednostavan za korištenje, CRISPR vam omogućuje uključivanje i isključivanje gena u živim stanicama i proučavanje specifičnih sekvenci DNK.
Ova metoda također radi sa svim stanicama, mikroorganizmima, biljkama, životinjama ili ljudima.

Znanstvenici su otkrili da se Cas9 može programirati da napravi bilo kakve zamjene u bilo kojem dijelu DNK - a to otvara gotovo neograničene mogućnosti za čovječanstvo.

Ima li kraja bolestima?

Znanstvenici su 2015. godine upotrijebili CRISPR za uklanjanje virusa HIV-a iz stanica pacijenata.
i dokazao da je to moguće. Godinu dana kasnije proveli su ambiciozniji eksperiment sa štakorima s virusom HIV-a u gotovo svim stanicama.

Znanstvenici su im jednostavno ubrizgali CRISPR u repove i uspjeli ukloniti više od 50% virusa iz stanica cijelog tijela. Možda će za nekoliko desetljeća CRISPR pomoći riješiti se HIV-a i drugih retrovirusa - virusa koji se skrivaju unutar ljudske DNK, poput herpesa. Možda CRISPR može pobijediti našeg najgoreg neprijatelja, rak.

Rak je rezultat stanica koje odbijaju umrijeti i nastavljaju se dijeliti, skrivajući se od imunološkog sustava. CRISPR nam daje način da uredimo svoje imunološke stanice i učinimo ih boljim lovcima na rak.

Možda će jednog dana liječenje raka biti samo nekoliko injekcija s nekoliko tisuća vlastitih stanica stvorenih u laboratoriju da vas zauvijek izliječe.

Možda će nakon nekog vremena pitanje liječenja raka biti pitanje nekoliko injekcija modificiranih stanica.

Prvo kliničko ispitivanje takve terapije na ljudskim pacijentima odobreno je početkom 2016. u Sjedinjenim Državama. Manje od mjesec dana kasnije, kineski znanstvenici objavili su da će liječiti pacijente s rakom pluća imunološkim stanicama modificiranim istom tehnologijom u kolovozu 2016. Slučaj brzo uzima maha.

A tu su i genetske bolesti, tisuće njih. Oni variraju od blago neugodnih do iznimno fatalnih ili uzrokuju godine patnje. S moćnim alatima kao što je CRISPR, možda ćemo jednog dana moći to riješiti.

Više od 3000 genetskih bolesti uzrokovano je jednom promjenom DNK.
Već stvaramo modificiranu verziju Cas9 koja ispravlja takve pogreške i oslobađa stanicu od bolesti. Za nekoliko desetljeća možda ćemo moći zauvijek eliminirati tisuće bolesti. Međutim, sve ove medicinske primjene imaju jedan nedostatak - ograničene su na jednog pacijenta i umrijet će s njim ako ih ne upotrijebimo na reproduktivnim stanicama ili u ranim fazama razvoja fetusa.

CRISPR će se vjerojatno koristiti mnogo šire. Na primjer, stvoriti modificiranog čovjeka, projektirano dijete. To će donijeti glatke, ali nepovratne promjene u ljudskom genskom fondu.

Projektirana djeca

Načini mijenjanja DNK ljudskog fetusa već postoje.
ali tehnologija je u ranoj fazi razvoja. Međutim, već je dva puta korišten. U 2015. i 2016. eksperimenti kineskih znanstvenika s ljudskim embrijima postigli su djelomičan uspjeh iz drugog pokušaja.

Otkrili su ogromne poteškoće u uređivanju gena embrija, no mnogi znanstvenici već rade na rješavanju tih problema. To je isto kao računala u 70-ima: postat će bolja u budućnosti.

Bez obzira na vaše poglede na genetski inženjering, on će utjecati na sve. Modificirani ljudi mogu promijeniti genom cijele naše vrste, jer će se njihove usađene kvalitete prenijeti na njihovu djecu, a kroz generacije će se polako širiti, polako mijenjajući genetski fond čovječanstva. Počet će postupno.

Prva dizajnirana djeca neće se puno razlikovati od nas. Najvjerojatnije će njihovi geni biti promijenjeni kako bi se riješili kobnih nasljednih bolesti.
Kako se tehnologija razvija, sve više ljudi počet će misliti da je nekorištenje genetske modifikacije neetično jer osuđuje djecu na propast
na patnju i smrt koja se može spriječiti.

Čim se prvo takvo dijete rodi, otvorit će se vrata koja se više ne mogu zatvoriti. U početku se neke osobine neće dirati, ali kako se prihvaćanje tehnologije i naše znanje o genetskom kodu bude povećavalo, tako će iskušenje rasti.
Ako svoje potomstvo učinite imunim na Alzheimerovu bolest, zašto ne dodatno im ne dati poboljšani metabolizam? Zašto ih ne biste nagradili izvrsnim vidom? Što je s visinom ili mišićima? Bujna kosa? Što kažete na dar iznimne inteligencije za vaše dijete?

Ogromne promjene doći će kao rezultat akumulacije osobnih odluka milijuna ljudi.
To je sklizak teren i modificirani ljudi mogu postati nova norma. Kako genetski inženjering postaje sve uobičajeniji i naše se znanje poboljšava, možda smo bliže iskorijenjenju glavni razlog mortalitet – starenje.

2/3 od približno 150 000 ljudi koji danas umiru umrlo je od uzroka povezanih sa starenjem.

Danas se vjeruje da je starenje uzrokovano nakupljanjem oštećenja u našim stanicama
poput loma DNK ili propadanja sustava odgovornih za popravak tih oštećenja.
Ali postoje i geni koji izravno utječu na naše starenje.

Genetski inženjering i druge terapije mogle bi zaustaviti ili usporiti starenje. Možda ga je čak moguće preokrenuti.

Tipična reakcija na mogućnost vječnog života (kao i svaka druga tehnologija koja je danas poznata, ali revolucionarna prije nekoliko stotina godina).

Vječni život i “X-Men”

Znamo da u prirodi postoje životinje koje ne stare. Možda bismo mogli posuditi par gena od njih. Neki znanstvenici vjeruju da će jednog dana starenje biti iskorijenjeno. Ipak ćemo umrijeti, ali ne u bolnici sa 90 godina, nego nakon par tisuća godina provedenih u krugu svojih najmilijih.

Izazov je golem i cilj može biti nedostižan, ali moguće je da će ljudi koji danas žive biti prvi koji će okusiti dobrobiti terapije protiv starenja. Možda samo treba uvjeriti pametnog milijardera da pomogne u rješavanju ovog velikog problema.

Promotrimo li ovo šire, mnoge bismo probleme mogli riješiti uz pomoć posebno modificiranih ljudi, na primjer, koji bi se bolje nosili s visokokaloričnom hranom, te se riješili takve civilizacijske boljke kao što je pretilost.

Imati modificirani imunološki sustav s popisom potencijalnih prijetnji,
mogli bismo postati imuni na većinu bolesti koje nas danas muče. Još kasnije, mogli bismo stvoriti ljude za dugotrajna svemirska putovanja i prilagođavanje različitim uvjetima na drugim planetima, što bi bilo izuzetno korisno za održavanje našeg života u neprijateljskom svemiru.

Nekoliko prstohvata soli

Postoji nekoliko velikih prepreka, tehnoloških i etičkih. Mnogi će se bojati svijeta u kojem izdvajamo nesavršene ljude i odabiremo potomke na temelju onoga što se smatra zdravim.

Ali mi već živimo u takvom svijetu. Testiranje na desetke genetskih bolesti ili komplikacija postalo je norma za trudnice u mnogim zemljama. Često jedna sumnja na genetski defekt može dovesti do prekida trudnoće.
Uzmimo za primjer Downov sindrom, jedan od najčešćih genetskih defekata: u Europi se prekine oko 90% trudnoća s utvrđenom prisutnošću ovog poremećaja.

Genetska selekcija na djelu: Downov sindrom već se dijagnosticira u ranoj fazi razvoja embrija i 90% trudnoća s ovom dijagnozom se prekida.

Odluka o prekidu trudnoće vrlo je osobna, ali važno je razumjeti da ljude već danas biramo prema njihovom zdravstvenom stanju. Nema smisla pretvarati se da će se to promijeniti, stoga moramo djelovati pažljivo i etično, unatoč sve većoj slobodi izbora zahvaljujući daljnjem razvoju tehnologije.

No, sve su to izgledi za daleku budućnost. Unatoč snazi ​​CRISPR-a, metoda nije bez nedostataka. Mogu se dogoditi pogreške u uređivanju, a nepoznate pogreške mogu se pojaviti u bilo kojem dijelu DNK i proći neotkrivene.

Promjena gena može doseći željeni rezultat i izliječiti bolest, ali u isto vrijeme izazvati neželjene promjene. Jednostavno ne znamo dovoljno o složenim odnosima naših gena da bismo izbjegli nepredvidive posljedice.

Rad na metodama preciznosti i promatranja važan je u nadolazećim kliničkim ispitivanjima. I dok smo razgovarali o mogućoj svjetlijoj budućnosti, vrijedi spomenuti i mračniju viziju. Zamislite kakva je zemlja Sjeverna Korejašto učiniti s ovom razinom tehnologije?

Važno je da tehnologija genetske modifikacije ne padne u ruke totalitarnih režima, koji bi je hipotetski mogli iskoristiti za nanošenje štete čovječanstvu – primjerice, stvoriti vojsku genetski modificiranih vojnika.

Može li zauvijek produljiti svoju vladavinu prisilnim inženjeringom?Što će spriječiti totalitarni režim da stvori vojsku modificiranih super vojnika?

Uostalom, to je teoretski moguće. Ovakvi scenariji leže u dalekoj budućnosti, ako su uopće mogući, ali dokaz koncepta za takav inženjering već postoji. Tehnologija je stvarno tako moćna.

To bi mogao biti razlog za zabranu inženjeringa i srodnih istraživanja, ali to bi svakako bila pogreška. Zabrana ljudskog genetskog inženjeringa samo će odvesti znanost u područja s pravilima i zakonima koji nam ne bi odgovarali. Samo sudjelovanjem u procesu možemo biti sigurni da se istraživanje provodi s pažnjom, inteligencijom, kontrolom i transparentnošću.

Možemo istraživati ​​i unositi bilo kakve genetske modifikacije u ljude.

Zaključak

Osjećate se tjeskobno? Gotovo svi imamo neku vrstu nesavršenosti. Bi li nam bilo dopušteno postojati u takvom novom svijetu? Tehnologija je pomalo zastrašujuća, ali imamo što dobiti, a genetski inženjering bi mogao biti sljedeći korak u evoluciji inteligentnih vrsta života.

Možda ćemo iskorijeniti bolesti, produžiti životni vijek za stoljeća i putovati do zvijezda. Ne treba razmišljati malo kada se govori o takvoj temi. Kakvo god bilo vaše mišljenje o genetičkom inženjeringu, budućnost dolazi bez obzira na sve.

Što je nekad bilo znanstvena fantastika, uskoro će postati naša nova stvarnost.
Stvarnost puna prilika i prepreka.

Možete pogledati i sam video:

Da imate priliku uništiti rak, biste li to učinili? Riješiti svijet HIV infekcije ili iskorijeniti vrstu komaraca koji prenose Zika virus? CRISPR, nova tehnika uređivanja gena koja znanstvenicima omogućuje izrezivanje neželjenih dijelova DNK kirurškom preciznošću, može to učiniti. A upravo ova tehnologija može radikalno promijeniti naš poznati svijet u vrlo bliskoj budućnosti.
Danas ćemo govoriti o CRISPR-u. Ova tehnologija za uređivanje gena može ne samo značajno unaprijediti područje medicine, već nas i spasiti od poznatih problema s opskrbom hranom. Čini se da su mogućnosti i potencijal CRISPR-a beskrajni pa smo odlučili objediniti najzanimljivije od njih u jednom materijalu.

Što je CRISPR

CRISPR(također poznat kao "CRISPR-Cas9") - jedinstven instrument za uređivanje genoma. Omogućuje genetičarima i medicinskim istraživačima uređivanje dijelova genoma uklanjanjem, dodavanjem ili mijenjanjem sekvencijskih dijelova DNK. Štoviše, CRISPR je brži, jeftiniji i precizniji od svih dosadašnjih poznate metode uređivanje DNK i ima širok raspon potencijalnih primjena.

Trenutno je CRISPR tehnologija najjednostavnija, najsvestranija i najtočnija metoda genetske manipulacije. Svijet znanosti šokiran je samim potencijalom CRISPR-a, a to uopće nije pretjerano.

Kako radi?
Sustav CRISPR-Cas9 sastoji se od dvije ključne molekule koje unose promjenu (mutaciju) u DNK. Ovaj:

• Enzim nazvan "Cas9". Ova CRISPR molekula djeluje poput para "molekularnih škara". Cas9 može rezati niti DNK na određenom mjestu u genomu tako da se fragmenti DNK mogu dodati ili ukloniti.
• Dio RNK koji se naziva "gRNA" (RNK vodič). gRNA se sastoji od malog dijela unaprijed dizajnirane sekvence RNA (duge oko 20 baza) smještene unutar dužeg dijela DNA. Ova se regija veže za DNA i RNA kako bi "usmjerila" Cas9 na desnu stranu genoma.

Dakle, što CRISPR može učiniti i zašto će ova tehnologija promijeniti svijet?

Jačanje kulture prehrane

Metode CRISPR tehnologije omogućuju znanstvenicima da zauvijek zaborave na GMO proizvode i slabe prehrambene usjeve koji su skloni greškama i raznim bolestima. Koristeći CRISPR, prehrambenu industriju možete podići na višu razinu nova razina- povećati proizvodnju uz istovremeno uklanjanje trifosfata iz proizvoda (stabilizator hrane koji je prepoznat kao štetan za ljudsko zdravlje). U ovom slučaju također nema potrebe koristiti štetne pesticide - lijekove za suzbijanje biljnih štetnika.

Ministarstvo Poljoprivreda SAD je negativno reagirao na proizvode uređene CRISPR-om. Stanovnici su u međuvremenu ustali u zaštitu svojih usjeva i digli glas protiv genetski modificirane hrane. Međutim, CRISPR proizvodi nisu GMO. Pomoću ove tehnologije moguće je ukloniti potencijalno opasne gene i proizvode učiniti zdravima, kvalitetnima i dugotrajnima.

Uništavanje raka

Uređivanje ljudskih gena pomoću CRISPR-a još uvijek je vrlo kontroverzno. Međutim, ova bi tehnologija mogla poboljšati imunoterapiju raka, pa čak i izrezati gene koji uzrokuju stanice raka prije nego što uzrokuju smrtonosnu štetu ljudskom tijelu.

Godine 2016. Nacionalni instituti za zdravlje započeli su studiju za iskorjenjivanje tri različite vrste rak kod ljudi kroz CRISPR tehnologiju za uređivanje gena. Projekt je dobio potporu internetskog milijardera Seana Parkera, a vodili su ga iskusni znanstvenici sa Sveučilišta Pennsylvania.

Rezultati studije neće biti poznati uskoro, budući da projekt još čeka odobrenje FDA. prehrambeni proizvodi i lijekovi).

Riješite se komaraca sa Zika virusom

Znanstvenici su već shvatili mogućnost iskorjenjivanja komaraca Aedes Aegypti (žuta groznica), koji mogu širiti virus Zika. CRISPR tehnologija može uništiti cijelu vrstu u jednoj generaciji.

Iako bi CRISPR već sada mogao iskorijeniti štetne komarce, ideja je kontroverzna. Postoji jedan jedini, ali vrlo značajan argument protiv korištenja editiranja genoma komaraca – stvaranje nepredviđene ekološke katastrofe. Čovječanstvo još uvijek ne razumije u potpunosti ulogu komaraca u okolišu, tako da ih jednostavno eliminirati kao vrstu nije moguće učiniti. U suprotnom, posljedice su neizbježne, a najgore je što nitko ne zna što će se dogoditi.

Drugi mogući scenarij je da korištenje CRISPR-a može dovesti do pogreške i nenamjerno stvoriti novu, poboljšanu vrstu super-komaraca. Na primjer, bit će potpuno imuni na moderne tehnologije. Ili bi oštećeni DNK nekako mogao prijeći na druge insekte i, opet, uzrokovati ekološku katastrofu.

Lijekovi za sve bolesti

Potencijal tehnologije CRISPR mogao bi dovesti do stvaranja poboljšanih lijekova sa sposobnošću modificiranja stanica u tijelu. Približan prikaz mogućnosti takvih lijekova je liječenje gotovo svih bolesti, jednostavnih i složenih, rijetkih i nasljednih.

Prošle godine Bayer je sklopio ugovor s CRISPR Therapeutics, startupom iz tima inovatora koji su otkrili Cas9 tehnologiju Emmanuelle Charpentiere za stvaranje lijekova pomoću te tehnologije. Ubrzo su se pojavile i druge farmaceutske tvrtke, otvarajući vrata stvaranju visoko učinkovitih lijekova.

Kao rezultat toga, CRISPR bi mogao napraviti revoluciju u farmaceutskoj industriji.

Liječenje slijepih

Kasno prošle jeseni znanstvenici su objavili prvu studiju koja koristi CRISPR za liječenje sljepoće. Alat za uređivanje gena korišten je na štakorima kako bi se loša genetika koja uzrokuje sljepoću zamijenila radnim skupom zdravih gena.

Studija provedena na Institutu Salk u Kaliforniji dovela je do djelomičnog vraćanja vida.

Također u drugoj studiji, koju su provela sveučilišta Columbia i Iowa početkom 2016., znanstvenici su uspjeli pokazati da je moguće uspješno liječiti osobu s urođenim genetskim oštećenjem vida pomoću tehnologije CRISPR.

Dakle, kroz uređivanje genoma, vid se može vratiti osobi. U stvarnosti ovo zvuči kao čudo, ali je više nego moguće.

Eliminacija HIV infekcije

Trenutno se ljudi sa fatalnom HIV infekcijom liječe toksičnim koktelom antiretrovirusnih lijekova. Oni suzbijaju virus, čime ga sprječavaju da se umnoži i pretvori u pravi AIDS. CRISPR može, što dokazuje nedavna studija o kojoj smo pisali na Trashboxu.

Studija na miševima pokazala je da se CRISPR može programirati da ubije bilo koga u domaćinu s nevjerojatnom preciznošću. Također govorimo o mogućem uklanjanju primarne DNK HIV-1 iz tijela. U konačnici, izrezivanje cijele DNK virusa može zaustaviti njegovo širenje.

Sljedeći korak u istraživanju bit će ponavljanje procesa na primatima, nakon čega će uslijediti ispitivanja na ljudima. Ljudi budućnosti moći će živjeti bez straha od stjecanja imunodeficijencije.

Uklanjanje genetskih bolesti prije rođenja

Prošlog su tjedna znanstvenici sa sveučilišta za zdravlje i znanost u Oregonu objavili rad u kojem su opisali način kako uspješno koristiti CRISPR za iskorjenjivanje genetski naslijeđene mutacije srca u ljudskim embrijima. Jednostavno rečeno, nerođeno dijete može se roditi bez nasljednih bolesti.

Embriji su pušteni da rastu nekoliko dana, no tehnologija je dala pozitivne rezultate. Bio je to prvi put da su znanstvenici upotrijebili CRISPR na ljudskim embrijima. U isto vrijeme, znanstvenici su prvi put uspjeli pokazati da tehnologija uređivanja genoma može proizvesti zdrave embrije.

Zamislite svijet u kojem se ljudi rađaju bez bolesti. CRISPR je ključ ove budućnosti.

Zaključak

Kao što vidite, CRISPR je doista nevjerojatna tehnologija koja ima potencijal revolucionirati trenutne tretmane. Unatoč činjenici da se sada na temelju ove tehnologije provode samo razne studije i testovi, već su dostupni nevjerojatni rezultati. Objavljeni su na internetu i dostupni su svima za pregled. I daju nadu u bolju budućnost čovječanstva.