CRISPR คืออะไร? คู่มือสำหรับผู้เริ่มต้น

สำหรับสิ่งที่เรียกว่า “ชื่อครัวเรือนสำหรับนักชีววิทยาระดับโมเลกุล” หลายๆ คนอาจไม่เคยได้ยินเกี่ยวกับ CRISPR มาก่อน และไม่รู้ว่าทำไมคุณถึงต้องตื่นเต้น (หรืออาจถึงขั้นหวาดกลัว) มันคือทั้งหมดที่เกี่ยวกับการบำบัดด้วยยีนขั้นสูงและการต่อประสาน และนำแนวคิดไซไฟมาสู่ความเป็นจริง ต่อไปนี้เป็นคำถามที่พบบ่อยสั้นๆ เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลัง CRISPR และเหตุใดโลกจึงให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดเช่นนี้

เอาล่ะ CRISPR คืออะไร และย่อมาจากอะไร?

CRISPR หมายถึงลำดับดีเอ็นเอที่ผิดปกติซึ่งช่วยปกป้องสิ่งมีชีวิตโดยการระบุภัยคุกคาม โดยเฉพาะไวรัส และโจมตีพวกมัน ชื่อย่อมาจาก คลัสเตอร์แบบสม่ำเสมอสลับกันแบบสั้น พาลินโดรมิก ซ้ำ. ใช่ มันฟังดูไร้สาระนิดหน่อย แต่จริงๆ แล้วมันเป็นคำอธิบายที่แม่นยำมากเมื่อดูลำดับดีเอ็นเอด้วยตัวมันเอง พวกมันถูกจัดกลุ่ม พวกมันถูกเว้นระยะห่างไว้อย่างชัดเจน และเมื่อกำหนดค่าตัวอักษร พวกมันจะดูเหมือนพาลินโดรมสั้น ๆ ซ้ำแล้วซ้ำอีกโดยมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย

แคโรไลน์ เดวิส2010 | ฟลิคเกอร์

CRISPR ถูกสังเกตเห็นครั้งแรกย้อนกลับไปในทศวรรษ 1980 เมื่อนักวิทยาศาสตร์กำลังศึกษาจีโนมของอาร์เคียและแบคทีเรีย แม้แต่ในจีโนมที่ค่อนข้างเรียบง่าย นักชีววิทยา (โดยเฉพาะฟรานซิสโก โมฮิกา) ก็เริ่มสังเกตเห็นลำดับแปลก ๆ เหล่านี้ที่ดูเหมือนจะทำซ้ำในลักษณะเฉพาะเจาะจง โดยมีช่องว่างอยู่ระหว่างนั้น นักชีววิทยาระดับโมเลกุลมั่นใจว่าพวกเขามีจุดประสงค์เฉพาะ และทฤษฎีที่แพร่หลายก็กลายเป็นการป้องกันไวรัส ซึ่งในที่สุดก็ได้รับการพิสูจน์ในปี 2550 ภายใต้การดูแลของ Philippe Horvath อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งช่วงต้นทศวรรษ 2010 นักวิจัยเริ่มมีความหลงใหลเป็นพิเศษเกี่ยวกับศักยภาพเบื้องหลัง CRISPR

มันก็แค่สาย DNA เหรอ?

ใช่และไม่. CRISPR ได้กลายเป็นตัวขับเคลื่อนการต่อรอยยีน การแก้ไข และการทดลองทั่วไป เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจบทบาทของ CRISPR ในจีโนมก่อน และวิธีการทำงานเพื่อปกป้องสิ่งมีชีวิต (โดยทั่วไป ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วคือแบคทีเรีย) การเปรียบเทียบอย่างยุติธรรมคือการส่งโทรเลขส่งรหัสมอร์ส ทุกลำดับคือข้อความเกี่ยวกับการโจมตีที่แตกต่างกัน และทุกช่องว่างคือ STOP ที่สิ้นสุดข้อความนั้น ถ้าคำอุปมาไม่ใช่สิ่งที่คุณชอบ ฮาร์วาร์ดเจาะลึกมากขึ้น.

เมื่อสิ่งมีชีวิตพบกับไวรัสตัวใหม่ที่เป็นอันตราย มันไม่รู้ว่าจะป้องกันตัวเองหรือเอาชนะไวรัสได้อย่างไร – มันต้องเรียนรู้ เช่นเดียวกับการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันส่วนใหญ่ นี่อาจเป็นเรื่องยุ่งยาก เนื่องจากไวรัสโจมตี DNA โดยตรง...แต่นี่ก็ทำให้พวกมันมีความเสี่ยงในบางวิธีเช่นกัน ลำดับ CRISPR จะขโมยสาย DNA หลักจากไวรัส และเก็บไว้ในข้อความรหัสมอร์สเล็กๆ เหล่านั้น เมื่อไวรัสที่คล้ายกันโจมตีอีกครั้ง CRISPR ตอบว่า “โอ้ เราตระหนักได้: นี่คือวิธีเอาชนะมัน!” และส่งข้อความรหัสมอร์สที่เกี่ยวข้องไปยังสนามรบ

รูปภาพวิกิพีเดีย

ที่นั่น ทหาร CRISPR ตัวน้อยเรียกว่า แคส ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ผลิตขึ้นเพื่อภารกิจนี้โดยเฉพาะและมีหมายเลขกำกับตาม จุดประสงค์ของพวกเขาคือ จับกับ DNA ของไวรัสและเฉือนมันตรงจุดอ่อน ตามข้อมูลที่เข้ารหัสไว้ในไฟล์ ข้อความ. สิ่งนี้จะปิดไวรัสและทำให้สิ่งมีชีวิตสามารถป้องกันตัวเองได้สำเร็จ

…ตกลง. ทำไมเรื่องนี้ถึงเกิดขึ้นอีก?

เพราะ – และเป็นการยากที่จะมองข้ามความสำคัญของสิ่งนี้ – ในขณะที่ CRISPR ใช้เฉพาะโทรเลขเท่านั้น ระบบป้องกันไวรัส นักวิทยาศาสตร์ตระหนักว่าพวกเขาสามารถใช้โทรเลขนั้นได้ สื่อสาร อะไรก็ตาม. ปิดยีนเหรอ? แน่นอน (ไม่จำเป็นต้องเป็นยีนของไวรัสด้วยซ้ำ) เปิดยีนเหรอ? ไม่มีปัญหา เพียงแค่ส่งคำสั่งที่ถูกต้องไปยังทหารเอนไซม์ Cas โดยเฉพาะอย่างยิ่ง CRISPR-Cas9 สามารถกลายเป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมสำหรับการแบ่งส่วน การรวมตัวใหม่ และการแก้ไข DNA โดยทั่วไป ตราบใดที่ได้รับข้อความที่ถูกต้อง

เป็นเวลาหลายปีแล้วที่นักวิทยาศาสตร์พยายามหาวิธีควบคุม Cas9 และต่อมาเพื่อพัฒนาคู่มือ RNA เล็กๆ สำหรับ Cas9 ทหารและแม้แต่ทหารเสริมเรียกว่า Cpf1 ซึ่งดีกว่าในการแทรกซึมและสกัดโดยไม่มีความเสี่ยง การกลายพันธุ์ เมื่อเปรียบเทียบกับสิ่งนี้ เครื่องมือจัดการยีนแบบเก่าที่เทอะทะนั้นดูเหมือนกระบองมนุษย์ถ้ำถัดจากเลเซอร์ผ่าตัด มันกลายเป็นข่าวใหญ่ในชุมชนวิทยาศาสตร์ และเริ่มการต่อสู้หลายครั้งระหว่างกลุ่มต่างๆ และนักวิจัย ว่าใครสมควรได้รับเครดิตในเรื่องอะไร

จนถึงตอนนี้ดีมาก แต่เหตุใดจึงเป็นเรื่องใหญ่ในโลกเทคโนโลยี?

เนื่องจากขณะนี้เราอยู่ในจุดเริ่มต้นของการทดลอง CRISPR ครั้งใหญ่ อุปกรณ์ทางการแพทย์และความรู้ทางวิทยาศาสตร์ของเรามาถึงจุดที่เราสามารถนำทุกสิ่งที่เราเรียนรู้จาก CRISPR มาสู่การปฏิบัติ และเริ่มทำการทดลองที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพเกี่ยวกับการต่อรอยยีน สำหรับผู้ที่สนใจเรื่องความล้ำสมัย ขอบ- การใช้ประโยชน์จากวิทยาศาสตร์อย่างคุ้มค่า นี่คือสถานที่ที่น่าไป

จริงหรือ คุณกำลังบอกว่าเราสามารถแก้ไขได้ ใครก็ได้DNA ตอนนี้เหรอ?

คำถามที่ดี. เรายังไปไม่ถึง แต่มีการทดลองที่น่าหวังหลายประการ มีลิงคู่หนึ่งเกิดขึ้น ด้วยการเปลี่ยนแปลงของยีนจำเพาะผ่านการกลายพันธุ์แบบกำหนดเป้าหมาย โดยใช้เทคนิค CRISPR เป้าหมายคือการระบุปัญหาทางพันธุกรรมก่อนเกิดและขัดขวางยีนที่ผิดปกติเพื่อทำเช่นนั้น พวกมันไม่สามารถสร้างความเสียหายใดๆ ได้ (มันเป็นเรื่องใหญ่ที่มันใช้ได้กับลิง แทนที่จะแค่ทำอย่างเดียว หนู) การทดลองอื่นๆ แสดงให้เห็นว่ากระบวนการนี้สามารถนำไปใช้ได้เช่นกัน เปลี่ยนแปลง DNA อย่างปลอดภัยเพื่อต้านทานการติดเชื้อ HIV.

อย่างไรก็ตาม การทดลองที่น่าตื่นเต้นที่สุดกำลังดำเนินอยู่ในประเทศจีน ซึ่งนักวิทยาศาสตร์พยายามใช้เทคนิค CRISPR กำจัด DNA ที่เสียหายออกจากเซลล์ ของผู้ป่วยมะเร็งปอดในวัยผู้ใหญ่ มีผู้จับตามองโครงการนี้มากมายเพื่อดูว่าประสบความสำเร็จเพียงใด

เอาล่ะ: อนาคตของ CRISPR จะเป็นอย่างไร?

เรามีงานต้องทำมากมาย เป็นที่น่าสังเกตว่าการทดลองที่กล่าวมาข้างต้นต้องใช้การวิจัยราคาแพงมาเป็นเวลานานและหลายกรณีที่ล้มเหลวก่อนหน้านี้ มาถึงความสำเร็จแล้ว การเรียนรู้วิธีทำซ้ำการทดลองเหล่านั้นอย่างแม่นยำยังต้องใช้ความพยายามและการลงทุนอย่างจริงจัง

แต่นี่เป็นเรื่องเกี่ยวกับการปรับแต่งมากกว่าการค้นพบใหม่ๆ กล่าวอีกนัยหนึ่ง มันเป็นเพียงเรื่องของเวลาก่อนที่เราจะเรียนรู้การใช้ CRISPR ให้ดีพอที่จะนำแอปพลิเคชันมาสู่โลกการแพทย์ เมื่อสิ่งนั้นเริ่มเกิดขึ้น (และอาจในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า) คำถามเชิงทฤษฎีหลายข้อที่เรามีเกี่ยวกับการยักย้ายถ่ายเทยีน เด็กทารกนักออกแบบสิ่งมีชีวิตที่เป็นอาวุธ การเสริมกำลังของมนุษย์ และระบบการจ่ายเพื่อรักษา จะกลายเป็นอะไรที่มากกว่าทฤษฎี

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• การแก้ไขยีน CRISPR สามารถช่วยหยุดยั้งไวรัสสัตว์ปีกทั่วไปได้
• เรื่องราวเกี่ยวกับทารกของ CRISPR ยังคงดำเนินต่อไปในขณะที่จีนยืนยันการตั้งครรภ์โดยตัดต่อยีนครั้งที่สอง
• การแก้ไขยีน CRISPR สร้างหนูที่สามารถป้องกันโคเคนได้ โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อไขปริศนาการติดยาเสพติด