Οι επιστήμονες του CRISPR

Τώρα που ο γενετικός τροποποιητής είναι έξω από το μπουκάλι, τι θα θέλατε πρώτα;

Τα μωρά με τα "τέλεια" μάτια, την έξυπνη νοημοσύνη, και ένα άγγιγμα του charisma του κινηματογράφου;

ΔιαφήμισηΗ διαφήμιση

Ή έναν κόσμο χωρίς ασθένειες … όχι μόνο για την οικογένειά σας, αλλά για κάθε οικογένεια στον κόσμο;

Με βάση τα πρόσφατα γεγονότα, πολλοί επιστήμονες εργάζονται προς την κατεύθυνση αυτή.

Νωρίτερα αυτό το μήνα, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Υγείας & Επιστήμης του Όρεγκον χρησιμοποίησαν εργαλείο επεξεργασίας γονιδίων για να διορθώσουν μια μετάλλαξη που προκαλεί ασθένειες σε ένα έμβρυο.

Η τεχνική, γνωστή ως CRISPR-Cas9, σταθεροποίησε τη μετάλλαξη στο πυρηνικό DNA του εμβρύου που προκαλεί υπερτροφική καρδιομυοπάθεια, μια κοινή καρδιακή κατάσταση που μπορεί να οδηγήσει σε καρδιακή ανεπάρκεια ή καρδιακό θάνατο.

Αυτή είναι η πρώτη φορά που δοκιμάστηκε αυτό το εργαλείο επεξεργασίας γονιδίων σε ανθρώπινα αυγά κλινικής ποιότητας.

Εάν κάποιος από αυτά τα έμβρυα εμφυτευτεί στη μήτρα μιας γυναίκας και αφεθεί να αναπτυχθεί πλήρως, το μωρό θα ήταν απαλλαγμένο από την ασθένεια που προκαλεί παραλλαγή του γονιδίου.

Αυτός ο τύπος ευεργετικής αλλαγής θα είχε μεταφερθεί και στις επόμενες γενιές.

Κανένα από τα έμβρυα σε αυτή τη μελέτη δεν εμφυτεύθηκε ή αφέθηκε να αναπτυχθεί. Αλλά η επιτυχία του πειράματος προσφέρει μια ματιά στο δυναμικό του CRISPR-Cas9.

Παρόλα αυτά, θα μπορέσουμε ποτέ να επεξεργαστούμε γονιδιακώς τον κόσμο μας απαλλαγμένο από ασθένειες;

Πώς λειτουργεί η επεξεργασία γονιδίων

Σύμφωνα με το Ίδρυμα Γενετικής Νόσου, υπάρχουν περισσότερες από 6.000 ανθρώπινες γενετικές διαταραχές.

ΔιαφήμισηΗ διαφήμιση

Οι επιστήμονες θα μπορούσαν θεωρητικά να χρησιμοποιήσουν το CRISPR-Cas9 για να διορθώσουν οποιαδήποτε από αυτές τις ασθένειες σε ένα έμβρυο.

Για να γίνει αυτό, θα χρειαζόταν ένα κατάλληλο κομμάτι RNA για να στοχεύσει αντίστοιχα τμήματα γενετικού υλικού.

Το ένζυμο Cas9 κόβει το DNA σε αυτό το σημείο, το οποίο επιτρέπει στους επιστήμονες να διαγράψουν, να επιδιορθώσουν ή να αντικαταστήσουν ένα συγκεκριμένο γονίδιο.

Διαφήμιση

Ορισμένες γενετικές ασθένειες, ωστόσο, μπορεί να είναι πιο εύκολο να αντιμετωπιστούν με αυτή τη μέθοδο από άλλες.

«Οι περισσότεροι άνθρωποι εστιάζουν, τουλάχιστον αρχικά, σε ασθένειες όπου υπάρχει πραγματικά μόνο ένα γονίδιο που εμπλέκεται - ή περιορισμένος αριθμός γονιδίων - και είναι πολύ καλά κατανοητοί», δήλωσε ο Megan Hochstrasser, PhD, Καινοτόμο Ινστιτούτο Γονιδιωματικής στην Καλιφόρνια, δήλωσε στην Healthline.

ΔιαφήμισηΗ διαφήμιση

Οι ασθένειες που προκαλούνται από μια μετάλλαξη σε ένα μόνο γονίδιο περιλαμβάνουν τη δρεπανοκυτταρική νόσο, την κυστική ίνωση και τη νόσο Tay-Sachs. Αυτά επηρεάζουν εκατομμύρια ανθρώπους σε όλο τον κόσμο.

Αυτές οι ασθένειες, όμως, ξεπερνούν κατά πολύ τις ασθένειες όπως οι καρδιαγγειακές παθήσεις, ο διαβήτης και ο καρκίνος, που σκοτώνουν εκατομμύρια ανθρώπους ανά τον κόσμο κάθε χρόνο.

Η γενετική - μαζί με τους περιβαλλοντικούς παράγοντες - συμβάλλει επίσης στην παχυσαρκία, τις ψυχικές ασθένειες και τη νόσο του Αλτσχάιμερ, αν και οι επιστήμονες εξακολουθούν να εργάζονται για την κατανόηση του πώς ακριβώς.

Διαφήμιση

Αυτή τη στιγμή, οι περισσότερες έρευνες CRISPR-Cas9 επικεντρώνονται σε απλούστερες ασθένειες.

"Υπάρχουν πολλά πράγματα που πρέπει να αναπτυχθούν με την τεχνολογία για να φτάσουμε στον τόπο όπου θα μπορούσαμε ποτέ να την εφαρμόσουμε σε μία από αυτές τις πολυγονικές ασθένειες, όπου πολλά γονίδια συμβάλλουν ή ένα γονίδιο έχει πολλαπλά αποτελέσματα, "Δήλωσε ο Hochstrasser.

ΔιαφήμισηΗ διαφήμιση

Η θεραπεία των ενηλίκων και των παιδιών, όχι τα έμβρυα

Αν και τα "μωρά σχεδιαστών" κερδίζουν μεγάλη προσοχή από τα ΜΜΕ, η έρευνα CRISPR-Cas9 επικεντρώνεται αλλού.

«Οι περισσότεροι άνθρωποι που εργάζονται σε αυτό δεν εργάζονται σε ανθρώπινα έμβρυα», δήλωσε ο Hochstrasser. "Προσπαθούν να καταλάβουν πώς μπορούμε να αναπτύξουμε θεραπείες για ανθρώπους που έχουν ήδη ασθένειες. Αυτά τα είδη θεραπειών θα ωφελήσουν τα παιδιά και τους ενήλικες που ζουν ήδη με μια γενετική νόσο, καθώς και τα άτομα που αναπτύσσουν καρκίνο.

Αυτή η προσέγγιση μπορεί επίσης να βοηθήσει τα 25 εκατομμύρια έως 30 εκατομμύρια Αμερικανούς που έχουν μία από τις περισσότερες από 6, 800 σπάνιες ασθένειες.

"Η επεξεργασία των γονιδίων είναι μια πραγματικά ισχυρή επιλογή για άτομα με σπάνιες ασθένειες", δήλωσε ο Hochstrasser. "Θα μπορούσατε θεωρητικά να κάνετε μια κλινική δοκιμή φάσης Ι με όλους τους ανθρώπους στον κόσμο που έχουν μια συγκεκριμένη [σπάνια] κατάσταση και θα τους θεραπεύσουν εάν λειτουργούσε. "

Οι σπάνιες ασθένειες επηρεάζουν λιγότερους από 200.000 ανθρώπους στις Ηνωμένες Πολιτείες ανά πάσα στιγμή, πράγμα που σημαίνει ότι τα φαρμακευτικά προϊόντα έχουν λιγότερα κίνητρα για να αναπτύξουν θεραπείες.

Αυτές οι λιγότερο συχνές ασθένειες περιλαμβάνουν την κυστική ίνωση, τη νόσο του Huntington, τις μυϊκές δυστροφίες και ορισμένους τύπους καρκίνου.

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ κατέκτησαν το περασμένο έτος πρόοδο στην ανάπτυξη μιας θεραπείας ex vivo - όπου παίρνετε κύτταρα από ένα άτομο, τα τροποποιείτε και τα επαναφέρετε στο σώμα.

Αυτή η θεραπεία ήταν για δρεπανοκυτταρική νόσο. Σε αυτή την κατάσταση, μια γενετική μετάλλαξη αναγκάζει τα μόρια της αιμοσφαιρίνης να κολλήσουν μαζί, γεγονός που παραμορφώνει τα ερυθρά αιμοσφαίρια. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε αποφράξεις στα αιμοφόρα αγγεία, αναιμία, πόνο και ανεπάρκεια οργάνων.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το CRISPR-Cas9 για τη γενετική μηχανική των βλαστικών κυττάρων για να διορθώσουν τη μετάλλαξη των δρεπανοκυτταρικών ασθενειών. Έπειτα εγχύθηκαν αυτά τα κύτταρα σε ποντίκια.

Τα βλαστικά κύτταρα μετανάστευσαν στο μυελό των οστών και αναπτύχθηκαν σε υγιή ερυθρά αιμοσφαίρια. Τέσσερις μήνες αργότερα, αυτά τα κύτταρα θα μπορούσαν ακόμα να βρεθούν στο αίμα των ποντικών.

Αυτό δεν είναι μια θεραπεία για την ασθένεια, επειδή το σώμα θα συνεχίσει να κάνει τα ερυθρά αιμοσφαίρια που έχουν τη δρεπανοκυτταρική μετάλλαξη.

Ωστόσο, οι ερευνητές πιστεύουν ότι εάν επαρκούν αρκετά υγιή βλαστικά κύτταρα στο μυελό των οστών, μπορεί να μειωθεί η σοβαρότητα των συμπτωμάτων της νόσου.

Χρειάζεται περισσότερη δουλειά πριν οι ερευνητές μπορέσουν να δοκιμάσουν αυτή τη θεραπεία σε ανθρώπους.

Μια ομάδα κινέζων ερευνητών χρησιμοποίησε μια παρόμοια τεχνική πέρυσι για να θεραπεύσει άτομα με επιθετική μορφή καρκίνου του πνεύμονα - την πρώτη κλινική δοκιμή του είδους της.

Σε αυτή τη δοκιμή, οι ερευνητές τροποποίησαν τα ανοσοποιητικά κύτταρα των ασθενών για να απενεργοποιήσουν ένα γονίδιο που εμπλέκεται στην παύση της ανοσοαπόκρισης του κυττάρου.

Οι ερευνητές ελπίζουν ότι, μόλις εγχυθούν στο σώμα, τα γενετικά τροποποιημένα ανοσοκύτταρα θα προκαλέσουν ισχυρότερη επίθεση κατά των καρκινικών κυττάρων.

Αυτοί οι τύποι θεραπειών μπορεί επίσης να λειτουργούν για άλλες αιματολογικές ασθένειες, καρκίνους ή ανοσοποιητικά προβλήματα.

Ωστόσο, ορισμένες ασθένειες θα είναι πιο δύσκολο να αντιμετωπιστούν με αυτόν τον τρόπο.

"Εάν έχετε μια διαταραχή του εγκεφάλου, για παράδειγμα, δεν μπορείτε να αφαιρέσετε τον εγκέφαλο κάποιου, να επεξεργαστείτε τα γονίδια και να τα επαναφέρετε", δήλωσε ο Hochstrasser. "Πρέπει λοιπόν να καταλάβουμε πώς να φέρουμε αυτά τα αντιδραστήρια στις θέσεις που χρειάζονται για να βρίσκονται στο σώμα. "

Πρόληψη της ανθρώπινης νόσου έμμεσα

Όχι κάθε ανθρώπινη νόσο προκαλείται από μεταλλάξεις στο γονιδίωμα μας.

Μεταδοτικές ασθένειες όπως η ελονοσία, ο κίτρινος πυρετός, ο πυρετός του δάγκειου πυρετού και η ασθένεια του ύπνου σκοτώνουν περισσότερα από 1 εκατομμύριο ανθρώπους παγκοσμίως κάθε χρόνο.

Πολλές από αυτές τις ασθένειες μεταδίδονται από τα κουνούπια, αλλά και από τσιμπούρια, μύγες, ψύλλους και σαλιγκάρια γλυκού νερού.

Οι επιστήμονες εργάζονται για τους τρόπους χρήσης της επεξεργασίας γονιδίων για να μειώσουν τα διόδια αυτών των ασθενειών στην υγεία των ανθρώπων σε όλο τον κόσμο.

"Θα μπορούσαμε να απαλλαγούμε από την ελονοσία με μηχανικά κουνούπια που δεν μπορούν να μεταδώσουν το παράσιτο που προκαλεί ελονοσία", δήλωσε ο Hochstrasser. "Θα μπορούσαμε να το κάνουμε αυτό χρησιμοποιώντας την τεχνική CRISPR-Cas9 για να ωθήσει αυτό το χαρακτηριστικό μέσα από ολόκληρο τον πληθυσμό κουνουπιών πολύ γρήγορα. "

Οι ερευνητές χρησιμοποιούν επίσης CRISPR-Cas9 για να δημιουργούν τρόφιμα" σχεδιαστή ".

Η DuPont χρησιμοποίησε πρόσφατα την επεξεργασία γονιδίων για να παράγει μια νέα ποικιλία κηρώδους καλαμποκιού που περιέχει υψηλότερες ποσότητες αμύλου, που έχει χρήσεις σε τρόφιμα και βιομηχανία.

Οι τροποποιημένες καλλιέργειες μπορούν επίσης να βοηθήσουν στη μείωση των θανάτων λόγω υποσιτισμού, η οποία είναι υπεύθυνη για σχεδόν το ήμισυ όλων των θανάτων παγκοσμίως σε παιδιά κάτω των 5.

Οι επιστήμονες θα μπορούσαν ενδεχομένως να χρησιμοποιήσουν το CRISPR-Cas9 για να δημιουργήσουν νέες ποικιλίες τροφίμων,, ανθεκτικές στην ξηρασία ή περιέχουν περισσότερα ιχνοστοιχεία.

Ένα πλεονέκτημα του CRISPR-Cas9, σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους αναπαραγωγής φυτών, είναι ότι επιτρέπει στους επιστήμονες να εισάγουν ένα μόνο γονίδιο από ένα σχετικό άγριο φυτό σε μια εξημερωμένη ποικιλία, χωρίς άλλα ανεπιθύμητα χαρακτηριστικά.

Η επεξεργασία των γονιδίων στη γεωργία μπορεί επίσης να κινηθεί πιο γρήγορα από την έρευνα στους ανθρώπους, διότι δεν χρειάζονται χρόνια εργαστηριακών, ζωικών και ανθρώπινων κλινικών δοκιμών.

"Αν και τα φυτά μεγαλώνουν αρκετά αργά", δήλωσε ο Hochstrasser, "είναι πραγματικά πιο γρήγορο να βγούμε [γενετικά τροποποιημένα φυτά] στον κόσμο από το να κάνουμε μια κλινική δοκιμή στους ανθρώπους. "

Ασφάλεια και ηθικές ανησυχίες

Το CRISPR-Cas9 είναι ένα ισχυρό εργαλείο, αλλά δημιουργεί και αρκετές ανησυχίες.

"Υπάρχουν πολλές συζητήσεις τώρα σχετικά με τον καλύτερο τρόπο ανίχνευσης των λεγόμενων« επιπτώσεων εκτός στόχων », δήλωσε ο Hochstrasser. "Αυτό συμβαίνει όταν η πρωτεΐνη [Cas9] κόβει κάπου παρόμοια με εκείνη που θέλετε να κόψει. "

Οι περικοπές εκτός στόχου θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε απρόσμενα γενετικά προβλήματα που θα προκαλέσουν το θάνατο ενός εμβρύου.Μια επεξεργασία στο λανθασμένο γονίδιο θα μπορούσε επίσης να δημιουργήσει μια εντελώς νέα γενετική ασθένεια που θα μεταφερθεί στις μελλοντικές γενιές.

Ακόμα και με τη χρήση του CRISPR-Cas9 για την τροποποίηση των κουνουπιών και άλλων εντόμων εγείρει ανησυχίες για την ασφάλεια - όπως συμβαίνει όταν κάνετε αλλαγές μεγάλης κλίμακας σε ένα οικοσύστημα ή ένα χαρακτηριστικό σε έναν πληθυσμό που ξεφεύγει από τον έλεγχο.

Υπάρχουν επίσης πολλά ηθικά ζητήματα που αφορούν την τροποποίηση ανθρώπινων εμβρύων.

Θα βοηθήσει το CRISPR-Cas9 να απαλλαγεί από τον κόσμο της νόσου;

Δεν υπάρχει καμία αμφιβολία ότι θα προκαλέσει ένα μεγάλο βαθούλωμα σε πολλές ασθένειες, αλλά είναι μάλλον απίθανο να θεραπεύσει όλα αυτά οποιαδήποτε στιγμή σύντομα.

Έχουμε ήδη εργαλεία για την αποφυγή γενετικών ασθενειών - όπως η έγκαιρη γενετική εξέταση των εμβρύων και των εμβρύων - αλλά αυτά δεν χρησιμοποιούνται παγκοσμίως.

«Δεν αποφεύγουμε ακόμα και γενετικές ασθένειες, επειδή πολλοί άνθρωποι δεν γνωρίζουν ότι φιλοξενούν μεταλλάξεις που μπορούν να κληρονομηθούν», δήλωσε ο Hochstrasser.

Ορισμένες γενετικές μεταλλάξεις συμβαίνουν επίσης αυθόρμητα. Αυτή είναι η περίπτωση πολλών καρκίνων που προκύπτουν από περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως οι ακτίνες UV, ο καπνός και ορισμένα χημικά.

Οι άνθρωποι κάνουν επίσης επιλογές που αυξάνουν τον κίνδυνο καρδιακών παθήσεων, εγκεφαλικού επεισοδίου, παχυσαρκίας και διαβήτη.

Έτσι, εκτός αν οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν το CRISPR-Cas9 για να βρουν θεραπείες για αυτές τις ασθένειες του τρόπου ζωής - ή γενετικά μηχανικοί για να σταματήσουν το κάπνισμα και να ξεκινήσουν την ποδηλασία στην εργασία - αυτές οι ασθένειες θα παραμείνουν στην ανθρώπινη κοινωνία.

"Πράγματα όπως αυτό θα πρέπει πάντα να αντιμετωπίζονται", δήλωσε ο Hochstrasser. "Δεν νομίζω ότι είναι ρεαλιστικό να νομίζουμε ότι θα αποτρέψουμε ποτέ την εμφάνιση κάθε ασθένειας σε έναν άνθρωπο. "