En forskare utför en CRISPR/Cas9-process vid Max-Delbrueck-centrum för molekylär medicin. Gregor Fischer/bildallians via Getty Images Mutanter är coola, höger? X-Men, Teenage Mutant Ninja Turtles och superhjältar över serietidningar och filmer förundrar oss med de speciella krafter som har härletts från deras genetiska mutationer. Dock, de fiktiva genetiska mutationerna är ganska svåra att hitta - du måste ha blivit biten av någon speciell spindel eller utsatt för någon radioaktiv substans.
Men tänk om det inte bara var enkelt att göra genetiska modifieringar, men snabbt och billigt, för? Skulle du villigt bli en mutant? Väl, med en teknik som heter CRISPR, du kanske kan. Missförstå oss inte - CRISPR kommer inte att göra dig till en superhjälte, men denna vetenskapliga upptäckt har potential att påverka oss i stort.
Förkortning av grupperade regelbundet mellanrum med korta palindromiska repetitioner , CRISPR gör det möjligt för oss att flytta gener från något levande till en annan, förändra DNA i kommande generationer. Det tillåter oss att skära bort gener som gör hemska saker - som de som orsakar sjukdom - och ersätta dem med DNA -segment som är ofarliga.
På samma gång, CRISPR -tekniken är så kraftfull att människor kan börja använda den för mer än bara att bota människor. Kanske för att skapa fler sjukdomsresistenta grödor och boskap. Eller för att göra jästmutanter som producerar bränslen som vi kan använda för att driva våra bilar. Vi kanske börjar bli riktigt kreativa och göra designerbebisar, eller till och med använda tekniken för ondska-konstruera biovapen som är artspecifika och torkar hela arter från planet.
När vi lär oss mer om vad MIT Technology Review kallade "århundradets största biotekniska upptäckt, "Vi måste också tänka på när vi ska använda CRISPR och hur det ska regleras.
Innehåll
Medan CRISPR -tekniken är ganska fantastisk, människor som genetiskt modifierar olika organismer är inget nytt. På den lågteknologiska sidan, vi har selektivt odlat grödor länge. När bönder snubblade över en saftig apelsin eller en färgglad tomat, de bevarade de önskvärda generna genom att plantera frön från den växten.
Men under de senaste åren har Vi har sprungit biotekniken uppåt. I början av 2000 -talet forskare räknade ut hur man använder enzymer, kallas zinkfingernukleaser, att ta bort och ersätta specifika oönskade gener i en mängd olika organismer. Zinkfingerenzymer, dock, var dyra (upp till $ 5, 000 en pop), svårt att göra, och framgångsfrekvensen var inte optimal [källa:Ledford].
Så medan tekniken för att redigera gener fanns, det var inte förrän CRISPR kom som tanken på att avsiktligt förändra en organisms DNA kändes inom räckhåll. Den första hänvisningen till CRISPR var i en tidskriftsartikel från 1987 där forskare rapporterade att de hittade de korta upprepningarna av DNA som är grunden för tekniken i E coli bakterie. Men det var inte förrän 2012 som CRISPR blev aktuellt. Sedan dess, användningen av CRISPR har skjutit i höjden i det vetenskapliga samfundet. Mer än en miljard dollar har samlats in som startkapital för bioteknikföretag som använder tekniken [källa:Ledford]. Statliga medel för CRISPR -forskning går också genom taket.
Bara 2014, nära 90 miljoner dollar åtog sig av National Institutes of Health för CRISPR -forskning [källa:Ledford]. Och sedan 2010, över 200 patent relaterade till CRISPR har registrerats [källa:Ledford]. Den snabba forskningstakten verkar inte bromsa. När forskare lär sig mer om CRISPR, det verkar som att de lär sig mindre om hur tekniken är begränsad och istället om hur kraftfull den är. T
Så vad är det med denna teknik som gör den så kraftfull?
CRISPR-CAS9-nukleasproteinet använder en guide-RNA-sekvens för att skära DNA vid ett komplementärt ställe. Cas9 -protein:vit utjämnad ytmodell; DNA -fragment:lila &rosa stege; RNA:ljusgrön stege. MOLEKUUL/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images 1987, forskare som studerar E coli upptäckte upprepade segment i bakteriens DNA. Denna typ av mönster i bakteriellt DNA är ovanligt, så de piggnade till när de märkte det, och rapporterade fyndet. Över tid, forskare började se detta mönster i många olika typer av bakterier, men det fanns fortfarande ingen hypotes om vad det var och varför det var där. Men 2005, en sökning i en DNA -databas visade att det "klusterade regelbundet interspaced korta palindromiska repetitionerna" (eller CRISPR) matchade virus -DNA.
Men varför skulle bakterier ha tagit bort virus -DNA? Forskaren Eugene Koonin antog att när bakterier överlever en virusattack, de skär upp viruset i små bitar och lagrar en del av virus -DNA:t i sitt eget genom så att de senare kan känna igen och attackera viruset om de råkar möta det igen. De lagrar i princip en bild av viruset i bakfickan så att de skulle känna igen den onda killen om han någonsin skulle dyka upp igen - en anmärkningsvärd försvarsmekanism för det bakteriella immunsystemet.
Koonins hypotes var rätt. Om det viruset träffar igen, bakterierna tillverkar speciella "mördare". Dessa mördare kan läsa RNA -sekvensen för alla virus -DNA de stöter på, känna igen om den matchar den information de har lagrat i sitt DNA, fånga den och hacka upp den. Det är som om bakterierna har skapat mycket specifika, smart sax.
Denna upptäckt var ganska cool, men inte lika coolt som University of California, Berkeley -forskaren Jennifer Doudna (som sedan har vunnit Nobelpriset i kemi 2020 med Emmanuelle Charpentier för deras arbete med CRISPR) tänkte ha med informationen att göra. Hon föreslog att forskare kunde använda CRISPR som ett verktyg för att hjälpa dem att redigera gener. Om de utrustade bakterierna med ett DNA -segment som är känt för att vara dåligt - säg en gen som orsakar blindhet - kan de skicka in bakterierna för att söka upp den dåliga genen, där bakterierna skulle hitta den och mörda den. Och då kunde vi dra nytta av den naturliga reparationsmekanismen i bakteriecellerna för att kasta en mer önskvärd gen i dess ställe [källa:RadioLab].
Det fungerade! Och det fortsatte att fungera! Att vända blindhetsmutationer har bara varit ett av de sätt CRISPR har visat sig fungera. Det har stoppat cancerceller från att föröka sig, gjort celler ogenomträngliga för hiv, hjälpte oss att skapa sjukdomsresistent vete och ris, och otaliga andra framsteg. År 2015, Kinesiska forskare försökte till och med använda tekniken på icke livskraftiga mänskliga embryon, men i bara ett fåtal fall gjorde CRISPR rätt nedskärningar av DNA [källa:Maxmen].
Men detta ställer frågan:Vill vi ens använda det på embryon? Ska vi tillåta det? Vem kommer att reglera användningen av CRISPR?
Kan någon använda CRISPR -teknik för att återuppliva den ulliga mammuten genom att injicera ett segment av dess DNA i en elefants DNA? Det har inte hänt än, men det är bara en oro som vissa forskare har. Dorling Kindersley/Getty Images CRISPR -tekniken är så relativt ny att det vetenskapliga samfundet ännu inte fullt ut har förstått all sin kraft. Men en sak är säker - de vet att dess förmåga att påverka mänskligheten kan vara oöverträffad av någon annan bioteknik. Med den stora potentialen, behovet av att utveckla regler kring dess användning är absolut nödvändigt. Men den häpnadsväckande takt med vilken forskning bedrivs i laboratoriet har lämnat lite tid för diskussion om vad reglerna kring forskning och användning bör vara. Det låter bra att CRISPR kan skära bort dåligt, oönskade gener och ersätt dem med mer önskvärda gener. Men vem ska säga vad som är dåligt och vad som är bra?
Utan några regler, CRISPR kan utvecklas till den punkt där det säkert kan användas på ett mänskligt embryo för att ändra dess DNA. Skulle någon förälder säga nej till CRISPR om de fick veta att deras barn hade genen för Huntingtons sjukdom och att CRISPR kunde ta bort det innan barnet föddes? Och om vi tillät föräldrar att fatta dessa beslut om att röra med deras barns DNA innan han eller hon föds, var skulle det sluta? Kan de bestämma sig för att göra sin baby lång istället för kort? Blond istället för brunett? De förändringar som föräldrar kan välja att ge sitt barn skulle vara permanenta som skulle gå vidare i generationer. Om detta scenario uppstår, det är lätt att se hur det kan främja klyftan mellan har och har-inte. Och vi vet inte vad som kan hända på lång sikt med ett barn vars gener ersätts.
I december 2015, en grupp forskare, bioetiker och policyexperter från olika länder träffades för att prata om reglering av mänsklig genredigering. En amerikansk expert nämnde att Food and Drug Administration inte bara behövde reglera tekniken utan specifika användningar av den för att förhindra off-label användning. Hon nämnde också att det kan finnas större risk att redigera växtgener än att redigera mänskliga gener [källa:Regulatory Affairs Professionals Society].
Med den stora kraften i denna teknik, frågor om CRISPR måste behandlas separat från frågor om genetiskt modifierade organismer. Få alla över hela världen på samma sida, dock, kommer att fortsätta vara en utmaning.
Ursprungligen publicerat:3 maj 2016
Att skriva artiklar som denna skrämmer mig. Denna teknik är så, så spännande. Konsekvenserna verkar i allmänhet så väldigt coola, men det känns också som att vi har börjat ta reda på så mycket om hur vi kan manipulera livet med teknik som vi är tvungna att skruva upp någon gång. CRISPR ger oss så mycket makt - och på sätt som vi inte kan förutse. Världen fungerar bra, du vet? Att bråka med det är bara läskigt. Sedan igen, hur kan vi ignorera en så kraftfull teknik som kan hjälpa oss på så många sätt?
