Za nekaj, kar se imenuje "domače ime za molekularne biologe,« mnogi od vas verjetno še nikoli niste slišali za CRISPR in ne veste, zakaj bi morali biti navdušeni (ali morda prestrašeni). Gre za napredno gensko terapijo in spajanje – in znanstvenofantastične ideje uresničuje naravnost. Tukaj je hitra pogosta vprašanja o znanosti, ki stoji za CRISPR, in zakaj je svet tako pozoren.
V redu, kaj je CRISPR in kaj pomeni?
CRISPR se nanaša na nenavadna zaporedja DNK, ki pomagajo zaščititi organizme tako, da prepoznajo grožnje – zlasti viruse – in jih napadejo. Ime pomeni Zbrane v pravilnih presledkih Kratek Palindromsko Ponavlja se. Da, to zveni malce smešno, vendar je dejansko zelo natančen opis, če pogledamo sama zaporedja DNK. Zbrani so v gruče, razporejeni so v jasnih intervalih in ko jim dodelimo črkovne vrednosti, so videti kot kratki palindromi, ki se vedno znova ponavljajo z majhnimi variacijami.
Priporočeni videoposnetki
CRISPR so prvič opazili že v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, ko so znanstveniki preučevali genome arhej in bakterij. Celo v tako razmeroma preprostih genomih so biologi (predvsem Francisco Mojica) začeli opažati ta nenavadna zaporedja, za katera se je zdelo, da se ponavljajo na zelo specifičen način, s presledki vmes. Molekularni biologi so bili prepričani, da imajo edinstven namen, in prevladujoča teorija je kmalu postala zaščita pred virusi, kar je bilo dokončno dokazano leta 2007 pod vodstvom Philippa Horvatha. Šele v začetku leta 2010 pa so raziskovalci začeli postajati še posebej navdušeni nad potencialom CRISPR.
Povezano
- Urejanje gena CRISPR-Cas9 bi lahko nekega dne "izklopilo" virus HIV v telesu
- Kitajski zdravniki so domnevno rodili prve dojenčke na svetu z gensko spremenjenimi otroki
Torej gre samo za verigo DNK?
Da in ne. CRISPR je postal sredstvo za spajanje genov, urejanje in splošno eksperimentiranje. Da bi razumeli, kako, je pomembno najprej razumeti vlogo CRISPR v genomih in kako delujejo pri zaščiti organizmov (običajno, kot smo omenili, bakterij). Poštena primerjava bi bila telegrafi, ki pošiljajo Morsejevo kodo. Vsako zaporedje je sporočilo o drugačnem napadu in vsak presledek je STOP, ki konča to sporočilo. Če metafore niso vaša stvar, Harvard gre v veliko večjo globino.
Ko organizem naleti na nov in nevaren virus, ne ve, kako se zaščititi ali premagati virus – mora se naučiti, tako kot večina imunskih odzivov. To je lahko težavno, saj virusi neposredno napadajo DNK... vendar so zaradi tega na določene načine tudi ranljivi. Sekvence CRISPR virusu ukradejo ključne verige DNK in jih zadržijo v tistih majhnih sporočilih Morsejeve abecede. Ko podoben virus ponovno napade, CRISPR odgovori: "Oh, to prepoznamo: Tukaj je, kako ga premagati!" In pošlje ustrezno Morsejevo sporočilo na bojno polje.
Tam so mali vojaki CRISPR, imenovani Cas – encimi, proizvedeni posebej za to misijo in oštevilčeni v skladu s tem njihov namen – vežejo se na virusno DNK in jo razrežejo na njeni šibki točki v skladu z informacijami, kodiranimi v sporočilo. S tem virus ugasnemo, organizmu pa omogočimo uspešno obrambo.
…V redu. Zakaj je to spet pomembno?
Ker – in težko je podcenjevati pomen tega – medtem ko CRISPR uporablja samo svoj telegraf sistem za obrambo pred virusi, so znanstveniki ugotovili, da lahko s tem telegrafom komunicirati karkoli. Zapreti gen? Seveda (sploh ni nujno, da gre za virusni gen). Vklopiti gen? Ni problema – samo pošljite pravo navodilo encimskim vojakom Cas. Zlasti CRISPR-Cas9 lahko postane odlično orodje za rezanje, rekombiniranje in na splošno urejanje DNK, če le prejme prava sporočila.
Znanstveniki že leta delajo na načinih za nadzor Cas9 in kasneje za razvoj majhnih vodnikov RNA za Cas9 vojaki in celo dodatni vojaki, imenovani Cpf1, ki so boljši pri infiltraciji in ekstrakciji brez tveganja mutacija. V primerjavi s tem so bila stara, okorna orodja za manipulacijo genov videti kot klubi jamskih ljudi poleg kirurških laserjev. To je postala velika novica v znanstveni skupnosti in je dejansko sprožila več bitk med različnimi skupinami in raziskovalci o tem, kdo si za kaj zasluži zasluge.
Zaenkrat je vse v redu. Toda zakaj je to velik posel v tehnološkem svetu?
Ker smo trenutno na začetku velikega izbruha eksperimentiranja s CRISPR. Naše medicinske naprave in znanstveno znanje so dosegli točko, ko lahko vse, kar smo se naučili od CRISPR, uporabimo v praksi in začnemo izvajati hitre in učinkovite poskuse spajanja genov. Za tiste, ki jih zanima vrhunsko, Resice- vredni podvigi znanosti, to je pravi kraj.
res? Ali pravite, da lahko urejamo kdorkoliJe zdaj DNK?
Dobro vprašanje. Nismo še tam, vendar je bilo izvedenih več obetavnih poskusov. Izdelan je bil par opic s specifičnimi genskimi spremembami zaradi ciljnih mutacij z uporabo tehnik CRISPR. Cilj je bil ugotoviti genetske težave pred rojstvom in motiti napačne gene, tako da ne morejo narediti nobene škode (veliko je bilo tudi, da je delovalo z opicami namesto samo z miši). Drugi poskusi so pokazali, da je postopek mogoče uporabiti tudi za varno spremenijo DNK, da se uprejo okužbi s HIV.
Najbolj razburljiv eksperiment pa poteka na Kitajskem, kjer znanstveniki poskušajo uporabiti tehnike CRISPR odstranijo poškodovano DNK iz celic živih odraslih bolnikov s pljučnim rakom. Veliko oči je uprtih v ta projekt, da bi videli, kako uspešen je.
V redu: Kakšna je prihodnost CRISPR?
Imamo veliko dela. Omeniti velja, da so zgoraj omenjeni poskusi zahtevali dolgo obdobje dragih raziskav in veliko, veliko neuspelih primerov pred tem uspeh je bil dosežen – in tudi takrat bo učenje, kako natančno ponoviti te poskuse, zahtevalo resno delo in naložbo.
Toda tu gre bolj za izpopolnjevanje kot za nova odkritja: z drugimi besedami, samo vprašanje časa je, kdaj se bomo naučili uporabljati CRISPR dovolj dobro, da bomo aplikacije uvedli v medicinski svet. Ko se bo to začelo dogajati (in morda šele čez nekaj let), bo veliko teoretičnih vprašanj, ki jih imamo o manipulaciji genov, dizajnerski dojenčki, oboroženi organizmi, človeško povečanje in sistemi plačila za zdravljenje bodo postali veliko več kot samo teoretični.
Priporočila urednikov
- Urejanje genov CRISPR bi lahko pomagalo zaustaviti običajni perutninski virus
- Saga o dojenčkih CRISPR se nadaljuje, saj Kitajska potrdi drugo nosečnost z gensko spremenjeno nosečnostjo
- Urejanje genov CRISPR ustvarja miši, odporne na kokain, katerih cilj je razbiti uganko odvisnosti
