I denna 14 mars, 2016 filfoto Amerikansk biokemist Jennifer A. Doudna, vänster, och den franske mikrobiologen Emmanuelle Charpentier, höger, poserar för ett foto i Frankfurt, Tyskland. Den franska forskaren Emmanuelle Charpentier och amerikanska Jennifer A. Doudna har vunnit Nobelpriset 2020 i kemi för att ha utvecklat en metod för genomredigering som liknar "molekylsax" som lovar att en dag bota genetiska sjukdomar. (Alexander Heinl/dpa via AP)
Nobelpriset i kemi gick till två forskare onsdag för ett genredigeringsverktyg som har revolutionerat vetenskapen genom att ge ett sätt att förändra DNA, livskoden - teknik som redan används för att försöka bota en mängd sjukdomar och odla bättre grödor och boskap.
Emmanuelle Charpentier från Frankrike och Jennifer A. Doudna i USA vann för att utveckla CRISPR-cas9, en mycket enkel teknik för att skära en gen på en specifik plats, låta forskare arbeta med brister som är grundorsaken till många sjukdomar.
"Det finns en enorm kraft i detta genetiska verktyg, "sa Claes Gustafsson, ordförande i Nobelkommittén för kemi.
Mer än 100 kliniska prövningar pågår för att studera med CRISPR för att behandla sjukdomar, och "många är mycket lovande, "enligt Victor Dzau, president för National Academy of Medicine.
"Mitt största hopp är att det används för gott, att avslöja nya mysterier inom biologin och gynna mänskligheten, "sa Doudna, som är ansluten till University of California, Berkeley, och betalas av Howard Hughes Medical Institute, som också stöder avdelningen för hälsa och vetenskap i Associated Press.
Det prisbelönta arbetet har öppnat dörren till några taggiga etiska frågor:När redigeringen görs efter födseln, ändringarna är begränsade till den personen. Forskare befarar att CRISPR kommer att missbrukas för att göra "designerbabyar" genom att ändra ägg, embryon eller spermier - förändringar som kan överföras till kommande generationer.
Den franske mikrobiologen Emmanuelle Charpentier poserar nära en staty av Max Planck i Berlin, Tyskland, Onsdag, 7 oktober, 2020. Den franske forskaren Emmanuelle Charpentier och amerikanska Jennifer A. Doudna har vunnit Nobelpriset 2020 i kemi för att utveckla en metod för genomredigering som liknar "molekylsax" som lovar att en dag bota genetiska sjukdomar. (AP Photo/Markus Schreiber)
Mycket av världen blev medvetet om CRISPR 2018, när den kinesiske forskaren He Jiankui avslöjade att han hade hjälpt till att göra världens första genredigerade spädbarn, att försöka utveckla resistens mot infektion med AIDS -viruset. Hans arbete fördömdes som osäkra mänskliga experiment, och han har dömts till fängelse i Kina.
I september, en internationell expertpanel utfärdade en rapport som säger att det är för tidigt att testa sådana experiment eftersom vetenskapen inte är tillräckligt avancerad för att säkerställa säkerheten.
"Att selektivt kunna redigera gener betyder att du spelar Gud på ett sätt, "sade American Chemical Society president Luis Echegoyen, en kemiprofessor vid University of Texas El Paso.
Dr George Daley, dekanus vid Harvard Medical School, sade:"Ny teknik presenterar ofta denna dikotomi - det finns en enorm potential för mänsklig nytta, särskilt för sjukdomsbehandling, men också risken för felaktig tillämpning. "
Den franske mikrobiologen Emmanuelle Charpentier pratar med mediemänniskor i Berlin, Tyskland, Onsdag, 7 oktober, 2020. Den franske forskaren Emmanuelle Charpentier och amerikanska Jennifer A. Doudna har vunnit Nobelpriset 2020 i kemi för att utveckla en metod för genomredigering som liknar "molekylsax" som lovar att en dag bota genetiska sjukdomar. (AP Photo/Markus Schreiber)
Dock, forskare berömde universellt den stora potential som genredigering har för patienter nu.
"Det finns ingen aspekt av biomedicinsk forskning som inte har berörts av CRISPR, "som har använts för att konstruera bättre grödor och för att försöka bota mänskliga sjukdomar, inklusive sicklecell, HIV -infektion och ärftliga former av blindhet, sa Dr Kiran Musunuru, en genetiksexpert vid University of Pennsylvania som forskar om det för hjärtsjukdomar.
Doudna sa att CRISPR också har potential att användas för att konstruera växter för att lagra mer kol eller för att klara extrema klimatförändringar, ger forskare en chans att "ta itu med brådskande problem som mänskligheten står inför."
Det är fjärde gången i den 119-åriga historien av priserna att en nobel i vetenskapen uteslutande gavs till kvinnor.
Charpentier, den 51-årige ledaren för Max Planck-enheten för patogenernas vetenskap i Berlin, sa att medan hon först och främst betraktar sig som en vetenskapsman, "det återspeglar det faktum att vetenskapen blir mer modern och involverar fler kvinnliga ledare."
I denna 19 maj, 2015 filfoto Fransk mikrobiolog Emmanuelle Charpentier poserar för ett foto i Brunswick, Tyskland. Den franska forskaren Emmanuelle Charpentier och amerikanska Jennifer A. Doudna har vunnit Nobelpriset 2020 i kemi för att ha utvecklat en metod för genomredigering som liknar "molekylsax" som lovar att en dag bota genetiska sjukdomar. (Peter Steffen/dpa via AP)
"Jag hoppas att det kommer att förbli och till och med utvecklas mer i denna riktning, " Hon sa, tillägger att det är "mer krångligt att vara kvinna i vetenskap än att vara man i vetenskap."
Tre gånger har en kvinna själv vunnit en nobel i vetenskapen; detta är första gången som ett kvinnligt lag vann ett vetenskapligt pris. År 1911, Marie Curie var den enda mottagaren av kemipriset, liksom Dorothy Crowfoot Hodgkin 1964. 1983, Barbara McClintock vann Nobel i medicin.
Den genombrottsforskning som Charpentier och Doudna gjorde publicerades 2012, gör upptäckten väldigt ny jämfört med många andra nobelvinnande forskning, som ofta hedras först efter årtionden.
Dr Francis Collins, som ledde drivningen att kartlägga det mänskliga genomet, sa att tekniken "har förändrat allt" om hur man hanterar sjukdomar med en genetisk orsak.
I denna 14 mars, 2016 filfoto Fransk mikrobiolog Emmanuelle Charpentier poserar för ett foto i Frankfurt, Tyskland. Den franska forskaren Emmanuelle Charpentier och amerikanska Jennifer A. Doudna har vunnit Nobelpriset 2020 i kemi för att ha utvecklat en metod för genomredigering som liknar "molekylsax" som lovar att en dag bota genetiska sjukdomar. (Alexander Heinl/dpa via AP)
"Du kan dra en direkt linje från framgången för det mänskliga genomprojektet till CRISPR-casens kraft att göra ändringar i instruktionsboken, "sa Collins, chef för U.S.National Institutes of Health, som hjälpte till att finansiera Doudnas arbete.
The Broad Institute, drivs gemensamt av Harvard och MIT, har varit i en domstolskamp med nobelvinnarna om patent på CRISPR -teknik, och många andra forskare gjorde ett viktigt arbete med det, men Doudna och Charpentier har mest konsekvent hedrats med priser för att göra det till ett lättanvändbart verktyg.
Feng Zhang, den breda vetenskapsman som är mest känd för det arbetet, kommenterade inte priserna, men Broad's regissör, Eric Lander, meddelade grattis på Twitter till vinnarna. En annan bred genredigeringsforskare, David Liu, noterade på Twitter att vinnarnas seminalforskningspapper 2012 har citerats mer än 9, 500 gånger, eller ungefär en gång var åttonde timme.
Denna tisdag, 1 december 2015 filkombination visar Emmanuelle Charpentier, vänster, och Jennifer Doudna, båda talar vid National Academy of Sciences internationella toppmöte om säkerhet och etik för mänsklig genredigering, i Washington. Nobelpriset 2020 för kemi har tilldelats Emmanuelle Charpentier och Jennifer Doudna "för utvecklingen av en metod för genomredigering." En panel vid Vetenskapsakademien i Stockholm offentliggjorde onsdagen den 7 oktober, 2020. (AP Photo/Susan Walsh, Fil)
I denna 14 mars, 2016 filfoto Amerikansk biokemist Jennifer A. Doudna poserar för ett foto i Frankfurt, Tyskland. Den franska forskaren Emmanuelle Charpentier och amerikanska Jennifer A. Doudna har vunnit Nobelpriset 2020 i kemi för att ha utvecklat en metod för genomredigering som liknar "molekylsax" som lovar att en dag bota genetiska sjukdomar. (Alexander Heinl/dpa via AP)
I denna 1 december, 2015, filfoto, Jennifer Doudna, ett universitet i Kalifornien, Berkeley, meduppfinnare av CRISPR-genredigeringsverktyget som He Jiankui använde, talar vid National Academy of Sciences internationella toppmöte om säkerhet och etik vid mänsklig genredigering, i Washington. Nobelpriset 2020 för kemi har tilldelats Emmanuelle Charpentier och Jennifer Doudna "för utvecklingen av en metod för genomredigering." En panel vid Vetenskapsakademien i Stockholm offentliggjorde onsdagen den 7 oktober, 2020. (AP Photo/Susan Walsh, Fil)
Professor Pernilla Wittung Stafshede, vänster, och Goran K. Hansson, Generalsekreterare för Vetenskapsakademien, efter att ha offentliggjort vinnarna av Nobelpriset i kemi 2020 under en presskonferens vid Kungliga Vetenskapsakademien, i Stockholm, Sverige, Onsdag 7 oktober, 2020. Nobelpriset 2020 för kemi har tilldelats Emmanuelle Charpentier, kvar på skärmen, och Jennifer Doudna "för utvecklingen av en metod för genomredigering." (Henrik Montgomery/TT via AP)
Nobeln kommer med en guldmedalj och 10 miljoner kronor (mer än 1,1 miljoner dollar), med tillstånd av ett testamente som lämnades för mer än ett sekel sedan av prisets skapare, Alfred Nobel, uppfinnaren av dynamit.
På måndag, Nobelmedicinen tilldelades för upptäckten av det leverhärjande hepatit C-viruset. Tisdagens pris i fysik hedrade genombrott för att förstå svarta hål. Priserna i litteratur, fred och ekonomi kommer att delas ut under de kommande dagarna.
Nobelstiftelsens tillkännagivande:
Kungliga Vetenskapsakademien har beslutat att tilldela Nobelpriset i kemi 2020 till
Emmanuelle Charpentier
Max Planck -enhet för patogenernas vetenskap, Berlin, Tyskland
Jennifer A. Doudna
University of California, Berkeley, USA
"för utveckling av en metod för genomredigering"
Genetisk sax:ett verktyg för att skriva om livskoden
Emmanuelle Charpentier och Jennifer A. Doudna har upptäckt ett av genteknologins skarpaste verktyg:den genetiska saxen CRISPR/Cas9. Med hjälp av dessa, forskare kan ändra djurens DNA, växter och mikroorganismer med extremt hög precision. Denna teknik har haft en revolutionerande inverkan på biovetenskaperna, bidrar till nya cancerterapier och kan få drömmen om att bota ärftliga sjukdomar gå i uppfyllelse.
Forskare måste modifiera gener i celler om de ska ta reda på livets inre funktioner. Detta brukade vara tidskrävande, svårt och ibland omöjligt arbete. Använda den genetiska saxen CRISPR/Cas9, det är nu möjligt att ändra livskoden under några veckor.
"Det finns en enorm kraft i detta genetiska verktyg, som påverkar oss alla. Det har inte bara revolutionerat grundvetenskap, men också resulterat i innovativa grödor och kommer att leda till banbrytande nya medicinska behandlingar, säger Claes Gustafsson, ordförande i Nobelkommittén för kemi.
Som så ofta inom vetenskapen, upptäckten av dessa genetiska saxar var oväntad. Under Emmanuelle Charpentiers studier av Streptococcus pyogenes, en av de bakterier som orsakar störst skada för mänskligheten, hon upptäckte en tidigare okänd molekyl, tracrRNA. Hennes arbete visade att tracrRNA är en del av bakteriens gamla immunsystem, CRISPR/Cas, som avväpnar virus genom att klyva deras DNA.
Charpentier publicerade sin upptäckt 2011. Samma år, hon inledde ett samarbete med Jennifer Doudna, en erfaren biokemist med stor kunskap om RNA. Tillsammans, de lyckades återskapa bakteriens genetiska sax i ett provrör och förenkla saxens molekylkomponenter så att de var lättare att använda.
I ett epokskapande experiment, de programmerade sedan om den genetiska saxen. I sin naturliga form, saxen känner igen DNA från virus, men Charpentier och Doudna bevisade att de kunde kontrolleras så att de kan skära vilken DNA -molekyl som helst på ett förutbestämt ställe. Där DNA:t skärs är det sedan lätt att skriva om livskoden.
Sedan Charpentier och Doudna upptäckte den genetiska saxen CRISPR/Cas9 2012 har deras användning exploderat. Detta verktyg har bidragit till många viktiga upptäckter inom grundforskning, och växtforskare har kunnat utveckla grödor som tål mögel, skadedjur och torka. Inom medicin, kliniska prövningar av nya cancerterapier pågår, och drömmen om att kunna bota ärftliga sjukdomar är på väg att gå i uppfyllelse. Dessa genetiska saxar har tagit biovetenskaperna in i en ny epok och, på många sätt, ger mänskligheten den största nyttan.
****************************
En av vetenskapens attraktioner är att den är oförutsägbar - du kan aldrig veta i förväg vart en idé eller en fråga kan leda. Ibland kommer ett nyfiket sinne att möta en återvändsgränd, ibland kommer det att stöta på en taggig labyrint som tar år att navigera. Men, nu och igen, hon inser att hon är den första personen någonsin som tittar på en horisont av otaliga möjligheter.
Genredaktören CRISPR-Cas9 är en sådan oväntad upptäckt med fantastisk potential. När Emmanuelle Charpentier och Jennifer Doudna började undersöka immunsystemet hos en Streptococcus -bakterie, en idé var att de kanske skulle kunna utveckla en ny form av antibiotika. Istället, de upptäckte ett molekylärt verktyg som kan användas för att göra exakta snitt i genetiskt material, gör det möjligt att enkelt ändra livskoden.
Ett kraftfullt verktyg som påverkar alla
Bara åtta år efter deras upptäckt, dessa genetiska saxar har omformat livsvetenskaperna. Biokemister och cellbiologer kan nu enkelt undersöka olika geners funktioner och deras möjliga roll i sjukdomens utveckling. Vid växtförädling, forskare kan ge växter specifika egenskaper, till exempel förmågan att motstå torka i ett varmare klimat. Inom medicin, denna genredaktör bidrar till nya cancerterapier och de första studierna som försöker bota ärftliga sjukdomar.
Det finns nästan oändliga exempel på hur CRISPR-Cas9 kan användas, som också inkluderar oetiska tillämpningar. Som med all kraftfull teknik, dessa genetiska saxar måste regleras. Mer om det senare.
Under 2011, varken Emmanuelle Charpentier eller Jennifer Doudna hade en aning om att deras första möte, på ett kafé i Puerto Rico, var ett möte som förändrade livet. Vi börjar med att presentera Charpentier, som ursprungligen föreslog sitt samarbete.
Charpentier fascineras av patogena bakterier
Vissa människor har kallat henne driven, uppmärksam och noggrann. Andra säger att Emmanuelle Charpentier alltid letar efter det oväntade. Själv, hon citerar Louis Pasteur, "Chansen gynnar det förberedda sinnet". Trangen att göra nya upptäckter och viljan att vara fria och oberoende har styrt hennes väg. Inklusive sina doktorandstudier vid Institut Pasteur i Paris, hon har bott i fem olika länder, sju olika städer och arbetade på tio olika institutioner.
Hennes omgivning och tillvägagångssätt har förändrats, men majoriteten av hennes forskning har en gemensam nämnare:patogena bakterier. Varför är de så aggressiva? Hur utvecklar de deras resistens mot antibiotika? Och är det möjligt att hitta nya behandlingar som kan stoppa deras framsteg?
År 2002, när Emmanuelle Charpentier startade en egen forskargrupp vid universitetet i Wien, hon fokuserade på en av de bakterier som orsakar störst skada för mänskligheten:Streptococcus pyogenes. Varje år, det infekterar miljoner människor, orsakar ofta lätt behandlingsbara infektioner som tonsillit och impetigo. Dock, det kan också orsaka livshotande sepsis och bryta ner mjuka vävnader i kroppen, ger det ett rykte som en "köttätare".
För att bättre förstå S. pyogenes, Charpentier började med att grundligt undersöka hur bakteriens gener regleras. Detta beslut var det första steget på vägen till upptäckten av den genetiska saxen - men innan vi går vidare längs den vägen, vi får veta mer om Jennifer Doudna. För medan Charpentier gör detaljerade studier av S. pyogenes, Doudna hör - för första gången - en förkortning som hon tycker låter som skarpare.
Vetenskap - lika mycket äventyr som en deckare
Redan som barn växte upp på Hawaii, Jennifer Doudna hade en stark lust att veta saker. En dag, hennes far lade James Watsons bok The Double Helix på sin säng. Den här historien om detektivstil om hur James Watson och Francis Crick löste DNA-molekylens struktur var som ingenting hon hade läst i sina skolböcker. Hon blev betagen av den vetenskapliga processen och insåg att vetenskap är mer än bara fakta.
Dock, när hon började lösa vetenskapliga mysterier, hennes uppmärksamhet var inte på DNA, men på dess molekylära syskon:RNA. 2006 - när vi träffar henne - leder hon en forskargrupp vid University of California, Berkeley, och har två decenniers erfarenhet av att arbeta med RNA. Hon har ett rykte som en framgångsrik forskare med näsa för banbrytande projekt, och har nyligen gått in på ett spännande nytt område:RNA -störning.
Under många år, forskare hade trott att de förstod RNA:s grundläggande funktion, men de upptäckte plötsligt massor av små RNA -molekyler som hjälper till att reglera genaktivitet i celler. Jennifer Doudnas engagemang i RNA -störningar är anledningen till att under 2006, hon får ett telefonsamtal från en kollega på en annan avdelning.
Bakterier har ett gammalt immunsystem
Hennes kollega, som är mikrobiolog, berättar Doudna om en ny upptäckt:när forskare jämför det genetiskt materialet hos väldigt olika bakterier, liksom archaea (en typ av mikroorganism), de hittar repetitiva DNA -sekvenser som är förvånansvärt välbevarade. Samma kod visas om och om igen, men mellan upprepningarna finns det unika sekvenser som skiljer sig åt. Det är som om samma ord upprepas mellan varje unik mening i en bok.
Dessa matriser med upprepade sekvenser kallas för grupper med regelbundna mellanrum, korta palindromiska repetitioner, förkortas som CRISPR. Det intressanta är att det unika, icke-repetitiva sekvenser i CRISPR verkar matcha den genetiska koden för olika virus, så det nuvarande tänkandet är att detta är en del av ett uråldrigt immunsystem som skyddar bakterier och archaea från virus. Hypotesen är att om en bakterie har lyckats överleva en virusinfektion, det lägger till en bit av virusets genetiska kod i dess genom som ett minne av infektionen.
Ingen vet ännu hur allt detta fungerar, säger hennes kollega, men misstanken är att mekanismen som används av bakterier för att neutralisera ett virus liknar den som studerades av Doudna:RNA -interferens.
Doudna kartlägger ett komplext maskineri
Denna nyhet är både anmärkningsvärd och spännande. Om det är sant att bakterier har ett gammalt immunsystem, då är det här en stor grej. Jennifer Doudnas känsla av molekylära intriger kommer till liv och hon börjar lära sig allt hon kan om CRISPR -systemet.
Det visar sig att, förutom CRISPR -sekvenserna, forskare har upptäckt speciella gener som de har kallat CRISPR-associerade, förkortas som cas. Vad Doudna tycker är intressant är att dessa gener liknar gener som kodar för redan kända proteiner som är specialiserade på att varva upp och skära upp DNA. Så har Cas -proteinerna samma funktion? Klyver de virus -DNA?
Hon sätter sin forskargrupp i arbete och, efter några år, de har lyckats avslöja funktionen hos flera olika Cas -proteiner. Parallellt, en handfull andra forskargrupper vid andra universitet studerar det nyupptäckta CRISPR/Cas -systemet. Deras kartläggning visar att bakteriers immunsystem kan ta mycket olika former. CRISPR/Cas -systemet som studerades av Doudna tillhör klass 1; det är ett komplext maskineri som kräver många olika Cas -proteiner för att avväpna ett virus. Klass 2 -systemen är betydligt enklare eftersom de behöver färre proteiner. I en annan del av världen, Emmanuelle Charpentier har just stött på ett sådant system. Tillbaka till henne.
En ny och okänd bit av CRISPR-systempusslet
När vi lämnade Emmanuelle Charpentier bodde hon i Wien, men 2009 flyttade hon till en position med goda forskningsmöjligheter vid Umeå universitet i norra Sverige. Hon varnade för att flytta till en så avlägsen del av världen, men det långa, mörk vinter ger henne massor av lugn och ro i arbetet.
Och hon behöver det. Hon är också intresserad av små, genreglerande RNA-molekyler och, arbetar med forskare i Berlin, hon har kartlagt de små RNA som finns i S. pyogenes. Resultaten har gett henne mycket att tänka på, eftersom en av de små RNA -molekylerna som finns i stora mängder i denna bakterie är en ännu okänd variant, och den genetiska koden för detta RNA ligger mycket nära den säregna CRISPR -sekvensen i bakteriens genom.
Likheterna mellan de två får Charpentier att misstänka att de är kopplade. Noggrann analys av deras genetiska koder avslöjar också att en del av den lilla och okända RNA -molekylen matchar den del av CRISPR som upprepas. Det är som att hitta två pusselbitar som passar perfekt ihop.
Charpentier hade aldrig arbetat med CRISPR, men hennes forskargrupp inleder ett grundligt mikrobiologiskt detektivarbete för att kartlägga CRISPR -systemet i S. pyogenes. Detta system, som tillhör klass 2, var redan känt för att bara kräva ett enda Cas -protein, Cas9, att klyva virus -DNA. Charpentier visar att den okända RNA -molekylen, som heter transaktiverande crispr RNA (tracrRNA), har också en avgörande funktion; det är nödvändigt för det långa RNA som skapas från CRISPR -sekvensen i genomet att mogna till sin aktiva form.
Efter intensiva och riktade experiment, Emmanuelle Charpentier publicerar upptäckten av tracrRNA i mars 2011. Hon vet att hon är i hälarna på något väldigt spännande. Hon har många års erfarenhet av mikrobiologi och i sin fortsatta undersökning av CRISPR-Cas9-systemet vill hon samarbeta med en biokemist. Jennifer Doudna är det naturliga valet. Så den våren, när Charpentier blir inbjuden till en konferens i Puerto Rico för att prata om hennes fynd, hennes mål är att träffa denna skickliga Berkeley -forskare.
Ett livsförändrande möte i ett puertoricanskt café
Av en slump, de träffas på ett café på konferensens andra dag. En kollega till Doudna presenterar dem för varandra och, följande dag, Charpentier föreslår att de tillsammans ska utforska de gamla delarna av huvudstaden. När de promenerar längs kullerstensgatorna, de börjar prata om sin forskning. Charpentier undrar om Doudna är intresserad av ett samarbete - skulle hon vilja delta i att studera funktionen hos Cas9 i S. pyogenes enkla klass 2 -system?
Jennifer Doudna är fascinerad, och de och deras kollegor gör planer för projektet via digitala möten. Deras misstanke är att CRISPR-RNA behövs för att identifiera ett virus-DNA, och att Cas9 är saxen som skär av DNA -molekylen. Dock, ingenting händer när de testar detta in vitro. DNA -molekylen förblir intakt. Varför? Är det något fel på de experimentella förhållandena? Eller har Cas9 en helt annan funktion?
Efter mycket brainstorming och många misslyckade experiment, forskarna lägger till slut tracrRNA till sina tester. Tidigare, de trodde att tracrRNA endast var nödvändigt när CRISPR-RNA klyvs till sin aktiva form, men när Cas9 hade tillgång till tracrRNA hände det som alla väntade på faktiskt:DNA-molekylen klyvs i två delar.
Evolutionära lösningar har ofta förvånat forskare, men detta var något extraordinärt. Det vapen som streptokocker har utvecklat som ett skydd mot virus är enkelt och effektivt, även lysande. Den genetiska saxens historia kunde ha stannat här; Charpentier och Doudna hade avslöjat en grundläggande mekanism i en bakterie som orsakar stort lidande för mänskligheten. Den upptäckten var häpnadsväckande i sig, men slumpen gynnar beredda sinnen.
Ett epokskapande experiment
Forskarna bestämmer sig för att försöka förenkla den genetiska saxen. Med hjälp av sin nya kunskap om tracr-RNA och CRISPR-RNA, de kom på hur de skulle smälta ihop de två till en enda molekyl, som de namngav guide RNA. Med denna förenklade variant av den genetiska saxen, de genomför sedan ett epokskapande experiment:de undersöker om de kan kontrollera detta genetiska verktyg så att det skär DNA-en på en plats som forskarna bestämmer.
Vid denna tid, forskarna vet att de är nära ett stort genombrott. De tar en gen som redan finns i en frys i Doudnas laboratorium och väljer fem olika platser där genen ska klyvas. De ändrar sedan CRISPR -delen av saxen så att dess kod matchar koden där klippningarna ska göras. Resultatet var överväldigande. DNA -molekylerna klyvs på exakt rätt ställen.
Genetisk sax förändrar livsvetenskaperna
Strax efter att Emmanuelle Charpentier och Jennifer Doudna publicerade sin upptäckt av den genetiska saxen CRISPR/Cas9 2012, flera forskargrupper visar att detta verktyg kan användas för att modifiera genomet i celler från både möss och människor, som leder till explosiv utveckling. Tidigare, förändrar generna i en cell, växt eller organism var tidskrävande och ibland omöjligt. Med hjälp av den genetiska saxen, forskare kan - i princip - göra nedskärningar i vilket genom de vill. Efter det här, det är lätt att använda cellens naturliga system för DNA -reparation så att de skriver om livskoden.
Eftersom detta genverktyg är så enkelt att använda, den är nu utbredd inom grundforskning. Det används för att ändra DNA från celler och försöksdjur i syfte att förstå hur olika gener fungerar och interagerar, såsom under en sjukdom.
Genetisk sax har också blivit ett standardverktyg inom växtförädling. De metoder som tidigare använts av forskare för att modifiera växtgener krävde ofta tillsats av gener för antibiotikaresistens. När grödorna planterades, det fanns en risk för att denna antibiotikaresistens skulle sprida sig till de omgivande mikroorganismerna. Tack vare den genetiska saxen, forskare behöver inte längre använda dessa äldre metoder eftersom de nu kan göra mycket exakta ändringar av genomet. Bland annat, de har redigerat generna som får ris att absorbera tungmetaller från jorden, vilket leder till förbättrade rissorter med lägre halter av kadmium och arsenik. Forskare har också utvecklat grödor som bättre tål torka i ett varmare klimat, och som motstår insekter och skadedjur som annars skulle behöva hanteras med bekämpningsmedel.
Hopp om att bota ärftliga sjukdomar
Inom medicin, den genetiska saxen bidrar till nya immunterapier mot cancer och försök pågår för att förverkliga en dröm - att bota ärftliga sjukdomar. Forskare utför redan kliniska prövningar för att undersöka om de kan använda CRISPR/Cas9 för att behandla blodsjukdomar som sicklecellanemi och beta -talassemi, liksom ärftliga ögonsjukdomar.
De utvecklar också metoder för att reparera gener i stora organ, som hjärnan och musklerna. Djurförsök har visat att specialdesignade virus kan leverera den genetiska saxen till de önskade cellerna, behandla modeller av förödande ärftliga sjukdomar som muskeldystrofi, ryggradsmuskulär atrofi och Huntingtons sjukdom. Dock, tekniken behöver ytterligare förfining innan den kan testas på människor.
Kraften hos en genetisk sax kräver reglering
Förutom alla deras fördelar, genetisk sax kan också missbrukas. Till exempel, detta verktyg kan användas för att skapa genetiskt modifierade embryon. Dock, i många år har det funnits lagar och regler som styr tillämpningen av genteknik, som inkluderar förbud mot att modifiera det mänskliga genomet på ett sätt som gör att förändringarna kan ärvas. Också, experiment som involverar människor och djur måste alltid granskas och godkännas av etiska kommittéer innan de genomförs.
En sak är säker:dessa genetiska saxar påverkar oss alla. Vi kommer att möta nya etiska frågor, men detta nya verktyg kan mycket väl bidra till att lösa många av de utmaningar som mänskligheten nu står inför. Genom deras upptäckt, Emmanuelle Charpentier och Jennifer Doudna utvecklade ett kemiskt verktyg som har tagit biovetenskap till en ny epok. De har fått oss att blicka ut mot en vidsträckt horisont av otänkbar potential och, längs vägen - när vi utforskar detta nya land - kommer vi garanterat att göra nya och oväntade upptäckter.
© 2020 Associated Press. Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, skrivs om eller distribueras utan tillstånd.