Care este CRISPR / Cas9 și modul în care această tehnologie va schimba medicamentul
Ce sa întâmplat mai exact?
British HFEA agenție guvernamentală (fertilizarea Omului si Embriologie Authority - Oficiul privind Embriologie și fertilizarea artificială) autorizate să efectueze modificarea genetică a embrionilor umani folosind CRISPR / tehnologia Cas9. Până în prezent, au fost interzise studii similare din Regatul Unit și Occidentul în general. Anterior, aproximativ un an în urmă. Primele experimente au fost efectuate în China, dar statutul lor juridic a fost neclar și au provocat un torent de critici din partea cercetătorilor. Marea Britanie, de asemenea, va fi prima țară occidentală, oficial autorizat utilizarea tehnologiei de editare a genomului în raport cu embrionul uman.
Este de remarcat faptul că rezoluția se referă doar la scopuri de cercetare. Acordate este în continuare singura echipa de cercetare - un grup condus de Niken Kathy (Kathy Niakan) de la Institutul de Francis Crick. Oamenii de știință vor fi obligați să distrugă embrionii GM primite în termen de 14 zile de la primirea acestora. Și, desigur, ele nu pot fi implanta o femeie de gestație.
Și apoi, în acest senzational?
Începe investigațiile din Regatul Unit - acesta este un pas important pentru începutul aplicării tehnologiei de editare a genomului pe oameni. Potențial, CRISPR / tehnologia Cas9 poate schimba atitudinea omenirii de a sute și mii de boli ereditare. Întrucât anterior, fie au fost complet incurabile sau permit un tratament paliativ, simptomatic, acum se deschide posibilitatea de a le trata „real“, care este, pentru a elimina însăși cauza bolii.
Odată cu apariția tehnologiei de editare a genomului apare și posibilitatea de „îmbunătățire“, într-o varietate de moduri. In timp ce noi vorbim despre relativ simplu (din punct de vedere al moștenire), boli, ci o țintă potențială pentru editare poate fi nu numai „sparte“ gene, dar genele sunt pur și simplu asociate cu un risc crescut pentru sănătate. Sau chiar gene pentru caracteristici fiziologice inofensive, cum ar fi capacitatea de a bea lapte la maturitate și succes în acest sport.
Aceasta tehnologie va permite tratarea cancerului?
Poate, dar nu imediat. Ceea ce se numește colocvial „cancer“ - este o familie gigant de boli diferite, cu diferite mecanisme de apariție. Există tipuri de cancer, dintre care probabilitatea este strâns legată de cele mai multe versiuni „nereusite“ ale unor gene. Un exemplu tipic - gena BRCA1. mutatii in care poate creste riscul de cancer de sân în mai multe ori. Potențial, cu ajutorul tehnologiei CRISPR / Cas9 pot face modificări în genomul celulelor spermei sau de ou, prevenind astfel transmiterea de versiuni ale genei mutante pentru copiii lor.
Problema este că, pentru majoritatea geneticii cancerului este în mare măsură lipsită de relevanță, iar tehnologia de editare, astfel genomului va fi aproape inutil. Pe de altă parte, există boli ereditare grave care au o heritabilitate mare, dar este atât de complicat și confuz, nu este clar în cazul în care și ceea ce aveți nevoie pentru a face modificări în genomul pentru a reduce riscul de apariție a acestora. Un exemplu tipic - schizofrenia, al căror risc este considerat a fi moștenită de 80 la suta (acest lucru este prezentat in gemeni monozigoți). În acest caz, mecanismul molecular al moștenirii de schizofrenie, până de curând, a fost cu totul de neînțeles și abia acum devin clare.
Dacă vorbim despre faptul că, cu ajutorul CRISPR / Cas9 vor fi tratate în primul rând, este în primul rând un simplu boli monogenice, cum ar fi beta talasemie, fibroza chistica sau hemofilie.
Ce este nou în această tehnologie, în cazul în care metodele de a crea animale modificate genetic sunt bine cunoscute?
Ia-OMG pot fi o varietate de moduri, inclusiv utilizând sistemul CRISPR / Cas9. Acum este pentru această tehnologie devine tot mai bionzhenerov. Cu toate acestea, între vechi și noi tehnologii, există o diferență fundamentală: ea își schimbă direcția. Aceasta este o diferență fundamentală CRISPR tehnologie / Cas9.
Anterior, în scopul de a atinge aspectul dorit de proprietăți noi ale organismului Bioengineers pur și simplu inserate construct ADN în celule. În același loc în genomul în cazul în care acest design devine prezice că a fost imposibilă (cu excepția cazurilor specifice, cum ar fi drojdia de panificație). Acest lucru a condus la faptul că, în primul rând, versiunea naturala a unei gene din genomul a fost conservat (daca este acolo, desigur, a fost) și să completeze numai noua versiune, artificială.
Această metodă este adecvată pentru prepararea unor proprietăți noi, cum ar fi producția sporită de hormon de creștere GM-somon sau pentru sinteza vitaminei A în boabele de orez. Cu toate acestea, atunci când vine vorba de înlocuirea unei gene rupt în copie corectă, în special în ADN-ul uman, este clar că nu sunt direcționate - un mare minus. Mai mult, inserția aleatorie în genomul poate conduce la funcționarea ineficientă a transgenei - activitatea oricărei gene în organisme nucleare dependente de mediul său, din structura cromatinei locală. Prin urmare, transgena prins într-o bucată nefericită a genomului poate fi pur și simplu oprit, sau, dimpotrivă, prea activ. Spre deosebire de vechile metode de CRISPR / Tehnologia Cas9 permite nu numai pentru a construi o nouă secvență în ADN-ul, și să-l înlocuiască cu o versiune mai veche de unul nou.
Și cum funcționează?
În două etape. First nucleaza speciale (m. E. enzimatica in interiorul ADN-ului) face decalaj dublu catenară în poziția dorită a genomului. Acest site este nucleaza cu un ARN scurt ghid (oameni de știință selectate), a cărei secvență are până să coincidă cu secvența dorită literă în genom. Odata ce a introdus decalaj inclus celule mecanisme interne, așa-numitul sistem de reparare.
Unul ar trebui să înțeleagă că aspectul de pauze dublu catenare în ADN-ul - este o situație de urgență pentru orice celulă. Decalajul duce la mutatii si chiar ameninta integritatea genomului. Prin urmare, există proteine speciale, care sunt „capete libere“ în genom și declanșa reacția „fix“. Diferența poate fi, desigur, pur și simplu lipite spate, dar acest lucru este plină de pierdere de mai multe „scrisori“ de la interfață și, ca urmare, schimbarea cadrului de citire și oprirea completă a genei. Prin urmare, căutarea de celule preferă în mod tipic o secvență similară în apropierea genomului și să-l folosească ca probă pentru restaurarea secvenței corecte la locul fracturii. Este aici că enzimele pot împinge varianta ADN, pe care dorim să-l înlocuiască secvența naturală.
sistem de recombinare omoloagă cunoscut încă din anii '70 ai secolului trecut, care a adus noua tehnologie CRISPR / Cas9?
genomului metoda de editare CRISPR / Cas9, cel puțin în forma care există acum, nu afectează mecanismul natural al recombinării - după pauză a introdus, inlocuind ADN-ul se produce datorită mecanismelor naturale.
Complexitatea editarea a genomului până acum a fost de a face această pauză. El trebuie să apară într-un singur site-ul a genomului și nicăieri altundeva - tocmai pentru că astfel de discontinuități duce la apariția unor mutații. Pentru comparație, dimensiunea genomului uman este de aproximativ trei miliarde de nucleotide și secvența de ghidare ARN, care trebuie să găsească un loc în genomul plantare, are o lungime de aproximativ douăzeci până la patruzeci de nucleotide. Este surprinzător faptul că este posibil să se facă acest lucru. În cazul în care nu este vorba despre o singură celulă, și pe întreaga pânză de terapie genica, sarcina devine și mai dificilă - toate celulele trebuie să fie modificate, dar fiecare doar o singură dată.
Înainte de deschiderea sistemului CRISPR / Cas9, oamenii de știință au încercat să dezvolte metode de a face pauze orientate în ADN-ul. De exemplu, o mulțime de muncă în această direcție au fost compatriotul nostru Fyodor Urnov. Este proiectarea rațională a proteinelor, nucleaze, care au propriile lor (fără un ARN ghid) este o secvență unică în genomul. Problema cu aceste metode este faptul că acestea necesită dezvoltarea pentru fiecare sarcină specifică a propriei proteine, care apoi trebuie să sintetiza, izola, de testare și așa mai departe. D. Lucrul cu nuclează universal și ARN-ul de ghidare specific este mult mai ușor, dar oamenii de știință nu au știut despre o astfel de posibilitate pana cand a fost descoperit de către sistemul de imunitate bacteriene.
Și unde bacteriile?
Pentru CRISPR tehnologie / Cas9, pe care le considerăm pur și simplu ca o modalitate de a modifica genomului, acesta este în valoare de o fundamentală și foarte importantă pentru descoperirea moderne de biologie. Acesta se află în faptul că un număr mare de bacterii sunt în genomul lor (în cazul în care, aparent, toți au înțeles de mult timp) un sistem elegant al imunității adaptive împotriva virușilor. Baza acestui sistem sunt zone speciale ale genomului - repeta palindrom scurte sau CRISPR clusterului (grupată în mod regulat distanțate între ele pe scurt palindrom Repetă).
Reluările acționează ca „rafturi“, între care sunt situate în genomul „dosar“ cu privire la virusul, care a întâlnit încă strămoșii bacterii. „Dosar“ - este doar o scurtă fragmente de ADN, care sunt identice în secvență cu fragmentele genomului virusului ADN. În cazul în care virusul coincide cu ADN-ul devine in celula bacteriana, se va destul de repede recunoscut enzima speciala, nuclează Cas9. Ultima căutare pentru ADN-ul viral sintetizat utilizând o copie ARN CRISPR.
Dacă orice fragment genomului virusului exact a coincis cu cea înregistrată în „dosar», Cas9 taie ADN-ul viral și începe un lanț de reacții care au ca rezultat totul este distrus. În termeni generali, schema seamănă interferenta ARN-ului, care a fost deschis în organisme nucleare zece ani mai devreme, dar este (ca totul in eucariotelor) este mult mai complexă și un sistem mai puțin eficient.
Mai aproape de practica. Când utilizați CRISPR / Cas9 fi tratate?
Deja tratat, cu toate că până în prezent numai la animalele de laborator. La inceputul acestui an, sunt date incurajatoare pentru tratamentul DMD la soareci adulti, experimentele au fost efectuate în trei laboratoare diferite, în mod independent. Recent, am aflat despre aplicarea cu succes a tehnologiei pentru tratamentul retinita pigmentara severe.
Startup Editas Medicina, asociat îndeaproape cu pionierii tehnologiei deja a atras mai mult de 120 de milioane $ de investiții (inclusiv de la Google). Banii vor fi cheltuiți pentru crearea unui tratament experimental de congenitale tip amaurozei a zecea Leber - este orbire ereditară cauzată de afectarea unuia dintre genele necesare pentru celulele sensibile la lumina in retinei. Clinice (de exemplu, oameni) Teste Editas Medicina promit sa inceapa cat mai devreme anul viitor.
De ce munca chinez cu embrioni a provocat un scandal și de ce britanicii au fost lăsate să lucreze numai în scopuri de cercetare? Care-i problema?
Problema efectelor pe termen lung ale procedurilor de editare genomului, care sunt greu de prezis. Acest lucru sună ca un alarmismului fara rost, de obicei, care provin de la gura adversarilor OMG, dar în realitate situația este fundamental diferită.
Care este adevărata eficacitate - problema este mai complicată decât pare, pentru că depinde în mare măsură de tipul și natura celulelor, care are loc de editare. Ce funcționează bine la șoareci nu pot lucra la om. Și în timp ce cercetatorii nu va lucra cu un reale embrioni umani și ovulele eficacității procedurilor și nivelul discontinuităților aleatoare poate fi ghicit doar la.
Și ce se va întâmpla acum?
Eficiența secvenței de înlocuire a creșterii va fi mai dificil, deoarece este în întregime se bazează pe mecanismele naturale de recombinare omoloagă, dar lucrează în această direcție este în curs de desfășurare. Cu toate acestea, chiar dacă eficiența rămâne scăzută, fără efecte secundare CRISPR tehnologie / Cas9 încă mai pot fi aplicate pentru a face modificări în succesorale linie germinale umane. De exemplu, puteți lua celulele țesutului conjunctiv ale pacientului care dețin editarea a genomului și pentru a selecta numai pe cele în care editarea a fost lipsit de evenimente. Aceste celule pot fi utilizate pentru obținerea de celule stem pluripotente induse care pot primi apoi sperma si utilizarea lor in FIV. Acest lucru ridică propriile probleme, dar cel puțin pe animale funcționează această tehnologie.
Dar nu totul este roz în CRISPR-orizont. Cu cât aplicarea clinică efectivă a tehnologiei, cu atât mai mare controversa a izbucnit cu privire la care vor primi din veniturile ei. Conform unor estimări, costul brevetului exclusiv pentru tehnologia poate ajunge la mai multe sute de milioane de dolari (cel puțin în astfel de cantități sunt măsurate prin valoarea finanțării de risc CRISPR / Cas9-up start-). disputa de brevet asupra CRISPR / Cas9 promite să fie mai tare decât orice lucru care sa întâmplat vreodată în domeniul proprietății intelectuale în domeniul biotehnologiei.