Hvad er CRISPR? En begyndervejledning

For noget, der er blevet kaldt "et kendt navn for molekylærbiologer," mange af jer har sikkert aldrig hørt om CRISPR, og ved ikke, hvorfor I skulle være begejstrede (eller muligvis rædselsslagne). Det hele handler om avanceret genterapi og splejsning - og det bringer sci-fi-ideer direkte ud i virkeligheden. Her er en hurtig FAQ om videnskaben bag CRISPR, og hvorfor verden er så meget opmærksom.

Okay, hvad er CRISPR, og hvad står det for?

CRISPR refererer til usædvanlige DNA-sekvenser, der hjælper med at beskytte organismer ved at identificere trusler – især vira – og angribe dem. Navnet står for Klynger med regelmæssigt mellemrum kort Palindromisk Gentager. Ja, det lyder lidt latterligt, men det er faktisk en meget præcis beskrivelse, når man ser på selve DNA-sekvenserne. De er klyngede, de er fordelt med tydelige intervaller, og når de tildeles bogstavværdier, ligner de korte palindromer, der gentages igen og igen med små variationer.

Caroline Davis2010 | Flickr

CRISPR'er blev først bemærket helt tilbage i 1980'erne, da videnskabsmænd studerede genomerne af arkæer og bakterier. Selv i sådanne relativt simple genomer begyndte biologer (især Francisco Mojica) at bemærke disse mærkelige sekvenser, der så ud til at gentage sig på en meget specifik måde med mellemrum imellem. Molekylærbiologer var sikre på, at de havde et unikt formål, og den fremherskende teori blev hurtigt viralt forsvar, som endelig blev bevist i 2007 under ledelse af Philippe Horvath. Det var dog først i begyndelsen af ​​2010'erne, at forskere begyndte at blive særligt passionerede omkring potentialet bag CRISPR.

Så det er bare en DNA-streng?

Ja og nej. CRISPR er blevet en mulighed for gensplejsning, redigering og generel eksperimentering. For at forstå hvordan, er det vigtigt først at forstå CRISPRs rolle i genomer, og hvordan de arbejder for at beskytte organismer (typisk, som vi nævnte, bakterier). En rimelig sammenligning ville være telegrafer, der udsender morsekode. Hver sekvens er en besked om et andet angreb, og hvert mellemrum er STOP, der afslutter denne besked. Hvis metaforer ikke er din ting, Harvard går meget mere i dybden.

Når en organisme støder på en ny og farlig virus, ved den ikke, hvordan den skal beskytte sig selv eller slå virussen tilbage - den skal lære, ligesom de fleste immunreaktioner gør. Dette kan være vanskeligt, fordi vira angriber DNA direkte... men det gør dem også sårbare på visse måder. CRISPR-sekvenserne stjæler nøglestrenge af DNA fra virussen og opbevarer dem i de små morse-beskeder. Når en lignende virus angriber igen, svarer CRISPR: "Åh, vi genkender dette: Sådan besejres det!" Og den sender den relevante morse-besked videre til slagmarken.

Wikipedia billeder

Der kaldte små CRISPR-soldater Cas – enzymer produceret specifikt til denne mission og nummereret iht deres formål – binde sig til viralt DNA og skære det på dets svage sted, ifølge informationen kodet i besked. Dette lukker virussen ned og gør det muligt for organismen at forsvare sig selv.

…Okay. Hvorfor betyder det noget igen?

Fordi – og det er svært at undervurdere vigtigheden af ​​dette – mens CRISPR kun bruger sin telegraf system til forsvar mod vira, indså forskerne, at de kunne bruge den telegraf til kommunikere hvad som helst. lukke et gen ned? Selvfølgelig (det behøver ikke engang at være et viralt gen). Slå et gen til? Intet problem - bare telegrafer den rigtige instruktion over til enzymet Cas-soldater. Især CRISPR-Cas9 kan blive et glimrende værktøj til at skære, rekombinere og generelt redigere DNA, så længe det modtager de rigtige beskeder.

I årevis har forskere arbejdet på måder at kontrollere Cas9 på og senere på at udvikle små RNA-guider til Cas9 soldater og endda supplerende soldater kalder Cpf1, som er bedre til infiltration og udvinding uden risiko for mutation. Sammenlignet med dette lignede de gamle, uhåndterlige værktøjer til genmanipulation hulemandskøller ved siden af ​​kirurgiske lasere. Det blev en kæmpe nyhed i det videnskabelige samfund og startede faktisk flere kampe mellem forskellige grupper og forskere om, hvem der fortjente ære for hvad.

Så langt så godt. Men hvorfor er dette en stor sag i teknologiverdenen?

Fordi vi lige nu er ved starten af ​​et stort udbrud af CRISPR-eksperimenter. Vores medicinske udstyr og videnskabelige viden har nået et punkt, hvor vi kan omsætte alt, hvad vi har lært af CRISPR, i praksis og begynde at køre hurtige, effektive eksperimenter med gensplejsning. For dem, der er interesserede i forkant, Frynser-værdige udnyttelser af videnskab, dette er stedet at være.

Virkelig? Siger du, at vi kan redigere nogen som helster DNA nu?

Godt spørgsmål. Vi er der ikke endnu, men flere lovende eksperimenter er blevet udført. Et par aber blev fremstillet med specifikke genændringer gennem målrettede mutationer ved hjælp af CRISPR-teknikker. Målet her var at identificere genetiske problemer inden fødslen og forstyrre de defekte gener, så de kan ikke gøre nogen skade (det var også en stor sag, at det fungerede med aber i stedet for bare med mus). Andre forsøg har vist, at processen også kan bruges til sikkert ændre DNA for at modstå HIV-infektion.

Det mest spændende eksperiment er dog i gang i Kina, hvor forskere forsøger at bruge CRISPR-teknikker til at fjerne beskadiget DNA fra cellerne af levende, voksne lungekræftpatienter. Der er mange øjne på dette projekt for at se, hvor vellykket det er.

Okay: Hvordan ser fremtiden for CRISPR ud?

Vi har meget arbejde at gøre. Det er værd at bemærke, at de ovenfor nævnte eksperimenter krævede en lang periode med dyr forskning og mange, mange fejlslagne sager før succes blev nået - og selv da vil det kræve seriøst arbejde og investeringer at lære, hvordan man nøjagtigt gentager disse eksperimenter.

Men dette handler mere om forfining end nye opdagelser: Med andre ord er det bare et spørgsmål om tid, før vi lærer at bruge CRISPR godt nok til at bringe applikationer ind i den medicinske verden. Når det begynder at ske (og det kan kun være flere år væk), har mange af de teoretiske spørgsmål, vi har om genmanipulation, designer babyer, bevæbnede organismer, menneskelig forstærkning og systemer til betaling for helbredelse vil blive meget mere end teoretiske.

Redaktørens anbefalinger

• CRISPR-genredigering kan hjælpe med at stoppe en almindelig fjerkrævirus i dens spor
• CRISPR baby-sagaen fortsætter, da Kina bekræfter anden genredigeret graviditet
• CRISPR-genredigering skaber kokainsikre mus, sigter mod at knække afhængighedspuslespil