Naukowcom znaleźć edytowanie genów za pomocą CRISPR Trudno oprzeć

Hackowanie ludzkiego genomu od dawna było robione dla wielkiego teatru science-fiction, ponieważ zawsze wydawało się fantastycznie niemożliwe i tak łatwo nadaje się do złowieszczych wątków.

Ale odkąd naukowcy odnieśli sukces w mapowaniu ludzkiego genomu w latach 90. XX wieku, ludzie z inżynierii genetycznej wydają się mniej podobni do fikcji, a bardziej jak domniemany punkt końcowy badań medycznych.

ReklamaReklama Nadal obawiamy się, że majstrujemy z ludzkim genomem w sposób dziedziczny, nawet jeśli wykorzystywanie inżynierii genetycznej w leczeniu chorych ludzi zaczyna przynosić realne postępy. Nielegalne jest edytowanie dziedzicznego DNA w wielu krajach, ale nie w Stanach Zjednoczonych. Ale zostawiliśmy dyskusję na temat etycznych implikacji i rygorów regulacji, które należy opracować, gdy technologia znajdzie się w zasięgu.

Ale w 2012 r. To, co kiedyś wydawało się tylko przyszłością, stało się natychmiastowym dylematem.

Wtedy to dr Jennifer Doudna z Uniwersytetu Kalifornijskiego i niektórzy koledzy nakreślili nową technikę inżynierii genetycznej o nazwie CRISPR-Cas9 w artykule w czasopiśmie Science. W skrócie, technologia ta pozwala naukowcy wyciąć problematyczne fragmenty DNA, procedurę o ogromnym potencjale do wyleczenia wyniszczających chorób genetycznych, takich jak Huntington.

reklama

Technika jest na tyle łatwa, że ​​każdy biolog, który czuł się tak pochłonięty, mógł "edytować" skład genetyczny ludzkiego zarodka i wszczepić go kobiecie za pomocą zapłodnienia in vitro (IVF). Ta zmiana wejdzie do puli genowej raz na zawsze.

Szereg grup podniosło alarm, że nadszedł czas. To już nie science fiction. Dr George Daley, Harvard Medical Center

CRISPR-Cas9 może również potencjalnie przeprogramować geny powodujące choroby genetyczne, takie jak niedokrwistość sierpowata i choroba Huntingtona, obiecujące uniwersalne lekarstwo.

reklamaReklama

Naukowcy i organy regulacyjne starają się nadrobić zaległości.

"Biorąc pod uwagę, że problemy z modyfikacją genomu, szczególnie zarodka, są teraz o wiele bardziej bezpośrednie i bardziej niepokojące, dlatego wiele grup podniosło alarm, że nadszedł czas. To już nie science-fiction "- powiedział dr George Daley, biolog z komórek macierzystych w Harvard Medical Center.

Ale krytycy twierdzą, że proces prowadzący do tego, czy i jak zmienimy dziedziczenie genetyczne człowieka, jest kiepski, wykluczający i skażony obietnicą zysku dla tych, którzy mogą czerpać zyski z lekarstwa na raka lub chorobę genetyczną - lub z powodu naprawy dla niektórych subiektywnie niepożądanych cech genetycznych.

Czytaj więcej: Harvard, MIT Zwiększanie wydajności narzędzia CRISPR do edycji genów »

Moment Eureki

Technicznie możliwe było edytowanie ludzkiego DNA od połowy lat 70. XX wieku, kiedy to Paul Berg, Ph.D., hodowane ludzkie DNA w bakteriach E. coli w jego laboratorium Stanforda. Ale te wczesne metody były pracochłonne i niewiarygodne.

ReklamaReklama Doudna (wymawiane DOWD-na) wszedł do debaty na temat inżynierii człowieka przez przypadek. Jako ekspert od RNA została wezwana, aby pomóc niektórym kolegom zbadać, w jaki sposób bakterie zwalczają wirusy.

Stopniowo stało się jasne, że bakterie identyfikują i celują w kawałki wirusowego DNA za pomocą procesu zwanego CRISPR-Cas9. Po raz pierwszy bakteria spotyka się z wirusem, przechowuje część swojego DNA. Później DNA to "najbardziej poszukiwany" plakat. Jeśli bakteria ponownie dostanie się do tego samego wirusa, atakuje go, wycinając znany układ DNA.

Doudna i jej koledzy szybko zdali sobie sprawę, że naukowcy mogą nałożyć piggraf na proces bakteryjny, aby edytować DNA - czy to należało do wirusa, rośliny uprawnej czy człowieka.

Ogłoszenie

"Pomyślałem, łał, jeśli to zadziała w komórkach zwierzęcych lub roślinnych, może to być bardzo, bardzo użyteczne i bardzo potężne narzędzie. Szczerze mówiąc, nie zdawałem sobie nawet sprawy z tego, jak potężny "- powiedział Doudna NPR w wywiadzie z 2014 roku. (Odrzuciła prośbę Healthline o wywiad, powołując się na jej profesjonalny plan podróży.)

Potęga nowego podejścia nie pozostała niezauważona.

ReklamaReklama Tej wiosny chińscy naukowcy, którzy stosowali metodę CRISPR-Cas9 na ludzkich embrionach, opublikowali swoje odkrycia w amerykańskim czasopiśmie.

Zarodki były nieżywotne i podejście nie działało tak dobrze, jak się spodziewano, ale raport wysłał falę niepokoju przez społeczność naukową, ujawniając jak silną pokusą było stosowanie CRISPR do modyfikowania dziedzicznego ludzkiego DNA.

W ciągu kilku dni od publikacji, zespół z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) ogłosił, że dzięki muszli owocowych CRISPR odniósł sukces. Dokonali zmian w genach pary muszek owocowych, zapewniając, że cecha, którą włożyli, zostanie przekazana całemu potomstwu. Ten rodzaj inżynierii genetycznej nazywa się "napędem genów. "

Ogłoszenie

Naukowcy z UCSD wyobrażali sobie, że wykorzystują to podejście do ulepszania myszy i muszek owocowych do badań, ale implikacje były jasne: możemy szybko zmienić cały gatunek, w tym my, używając CRISPR.

W zeszłym tygodniu brytyjscy naukowcy poprosili o licencję wydaną przez brytyjski Urząd ds. Nawożenia i embriologii człowieka, aby edytować genomy embrionów ludzkich przechowywanych w klinikach płodności. Planują używać żywych zarodków, ale obiecują, że nie będą ich wszczepiać po modyfikacji.

ReklamaReklama Dowiedz się więcej: Nowa technologia pozwala naukowcom kierować się HIV, komórkami nowotworowymi »

Patrząc w przeszłość, by poradzić sobie z futurystyczną technologią

Tymczasem Doudna i inni naukowcy, etyka i prawnicy zaczęli się zmagać z etycznymi wyzwaniami CRISPR.

W styczniu Doudna i niewielka grupa amerykańskich przywódców uświadomili sobie, że przywódcy spotkali się w Napa w Kalifornii, aby przedyskutować, co zrobić z dżinem, że wyślizgną się z butelki.Paul Berg, który był pionierem inżynierii genetycznej dzięki odkryciu zrekombinowanego DNA z 1975 roku, był tam.

Grupa brała udział w konferencji zorganizowanej przez Berga w 1975 roku w Asilomar Conference Grounds, niedaleko Monterey w Kalifornii, aby zdecydować, jak nauka będzie postępować z inżynierią genetyczną. Spotkanie to jest szeroko rozpowszechnione jako dowód, że naukowcy mogą bezpiecznie obsługiwać kontrowersyjne i potencjalnie destrukcyjne narzędzia.

Na wiosnę kilku uczestników spotkania w Napa - w tym Doudna, Berg i Daley z Harvardu - opublikowało artykuł będący argumentem, że CRISPR nie powinien być stosowany w reprodukcyjnym DNA lub komórkach linii płciowej. Ale, jak powiedzieli, badania laboratoryjne powinny być kontynuowane.

Pod koniec tego roku międzynarodowy naukowy trust mózgowy zbierze się w Waszyngtonie, D. C., aby zacząć szkicować plan możliwych ograniczeń dla CRISPR. Wysiłek został przyspieszony, odzwierciedlając pilność sprawy.

Ale jako szczyt zaproszenia, sponsorowany przez Narodowe Akademie Nauk, Inżynierii i Medycyny oraz ich brytyjskich i chińskich odpowiedników, spotykają się, krytycy twierdzą, że jest skazany na niepowodzenie, ponieważ wyklucza kluczowe pytania i możliwość komentarz publiczny.

Narodowe akademie twierdzą, że będą ograniczone miejsca siedzące dla członków społeczeństwa.

Jeśli CRISPR reprezentuje "zmianę pływową pod względem sposobu, w jaki uważamy siebie za istotę", jak to ujął Daley, to jaki jest najlepszy sposób na podjęcie tak ważnej kwestii?

Sheila Jasanoff, doktor nauk przyrodniczych i technologii w Harvard's Kennedy School, uważa, że ​​grudniowe spotkanie jest już echem niektórych niepowodzeń konferencji Asilomar.

Naukowcy z Asilomar przyjrzeli się produktom wczesnej inżynierii genetycznej pod kątem ich potencjału do stosowania w broni biologicznej i martwili się głównie o ryzyko ucieczki z laboratorium.

Nie spodziewali się tego, co okazało się gorącą i długotrwałą debatą nad organizmami zmodyfikowanymi genetycznie (GM), co miało poważne konsekwencje dla rolników, ekologów i ciężko pracujących agrobiznesów, takich jak Monsanto.

"Z perspektywy czasu można dostrzec długą, czasami tragiczną, kontrowersję nad uprawami GM … jako ponowne otwarcie przez globalnych obywateli wszystkich wymiarów inżynierii genetycznej, które Asilomar wykluczył," napisał Jasanoff w opozycji do szczyt następnej generacji na temat inżynierii genetycznej.

Przeczytaj więcej: Poznaj fakty na temat genomiki a genetyki »

Klonowanie pieniędzy?

Naukowcy zgromadzeni w Asilomar mieli niewiele wspólnego z komercyjnymi zastosowaniami swoich badań. Ale dzięki ustawie Bayh-Dole z 1980 r. Profesorowie i uniwersytety zainteresowali się sposobem, w jaki ich odkrycia zostały skomercjalizowane.

Ich komercyjne interesy mogły wpłynąć na ich wybór, aby nie brać pod uwagę kwestii wykorzystania CRISPR w roślinach i zwierzętach na międzynarodowym spotkaniu, nawet jeśli debata na ich temat nadal się nie uspokaja.

Doudna bierze udział w trzech z kilkunastu firm, które powstały już w nadziei na komercjalizację edycji genu CRISPR.Jedna firma, Caribou Bio, jest wyraźnie zainteresowana zastosowaniami rolniczymi.

Według Pete'a Shanksa, z Centrum Genetyki i Społeczeństwa, rolnictwo będzie prawdopodobnie jedną z pierwszych rentownych firm dla CRISPR, ponieważ modyfikacja nasion nie wymaga tak dużej precyzji jak medycyna ludzka.

"Dopóki będziesz miał jedno ziarno, które działa, jesteś w porządku," powiedział Shanks.

Trudno byłoby znaleźć kogoś w świecie biotechnologii, który nie jest zainteresowany, ponieważ wszyscy zleceniodawcy w tej rozmowie mają coś, co wygląda na konflikt interesów. Marcy Darnovsky, Centrum Genetyki i Społeczeństwa Ale interesy finansowe Doudna w jej odkryciu są raczej regułą niż wyjątkiem.

"Trudno byłoby znaleźć kogoś w świecie biotechnologii, który nie jest zainteresowany, ponieważ wszyscy zleceniodawcy w tej rozmowie mają coś, co wygląda na konflikt interesów", powiedziała Marcy Darnovsky, Ph D., dyrektor wykonawczy Centrum Genetyki i Społeczeństwa. Darnovsky, który będzie uczestniczył w konferencji w Waszyngtonie, chce, aby inżynieria genetyczna była ograniczona do procedur medycznych na jednostkach, a nie dziedziczne zmiany, które wejdą do puli genów.

Michael Kalichman kieruje Centrum ds. Etyki i Społeczeństwa na UCSD. Opisuje zaangażowanie Doudny w biznesową stronę jej pracy, po prostu jako część jej pracy jako szefa laboratorium badawczego w świecie po Bayh-Dole.

"Twoim zadaniem jest spróbować go sprzedać," powiedział. "Doudna nie ukrywa w tym swoich zainteresowań. "

W pokoju pełnym naukowców, lekarzy i prawników uniwersyteckich wszystkie opinie są barwione pieniędzmi.

"Mamy tylko ludzi, którzy mają interesy finansowe, którzy podejmują nie tylko decyzje, które mają być zastosowane, ale też pojawiają się pytania, które będą zadawane" - powiedział Darnovsky.

Kalichman, którego kariera "zakotwiczyła" Bayh-Dole Act, twierdzi, że prawo spowodowało szybsze przejście od czystych badań do zastosowań klinicznych. Ale to także robi miejsce dla uprzedzeń.

"Pytanie brzmi: czy system interesów finansowych tworzy uprzedzenia do widzenia pewnych rzeczy? "a odpowiedź wydaje się być twierdząca" - powiedział.

Dowiedz się więcej: Szczepionka syntetyczna DNA może chronić przed wirusem MERS »

Wtrącanie w serce przeciwko twardej nauce

W swoim artykule wstępnym na temat CRISPR - zatytułowana" Roztropna ścieżka do inżynierii genomicznej i modyfikacji genów zarodkowych "- Doudna, Daley Berg i inni twierdzą, że naukowcy powinni zbadać, w jaki sposób CRISPR działa na ludzkie embriony - o ile nikt nie implatyzuje zmodyfikowanych embrionów.

"Twierdzą, że edytowanie ludzkich komórek linii płciowej (gamety i wczesnych embrionów) w celach badawczych powinno natychmiast ruszyć do przodu, podczas gdy trwa dialog dotyczący społecznych i etycznych implikacji stosowania zmodyfikowanych komórek płciowych do zapoczątkowania ciąży", powiedział Darnovsky artykułu wstępnego.

Dalsze badania, dowodzi argumentacja, dadzą nam więcej informacji o tym, jak działają modyfikacje linii płciowej - lub, jak w chińskim badaniu, nie.

"Nazywają to" rozważną ścieżką do przodu "- powiedział Darnovsky. "Łatwo byłoby jednak odczytać to jako" Jeśli nasze badania wykażą, że możemy modyfikować linię płciową bezpiecznie i dokładnie, będzie to argument za postępowaniem w celu stworzenia GM ludzi. "

Od pierwszego czytania ludzkiego genomu minęło zaledwie dziesięć lat. Powinniśmy zachować szczególną ostrożność, zanim zaczniemy ją przepisywać. Eric Lander, Broad Institute

Doudna opisał CRISPR jako metodę edytowania literówek, które podajemy w tekście natury. Jej metafora ma na celu wykonanie niewiarygodnie skomplikowanego procesu zrozumiałego dla nienaukowców. Ale także glosuje nad ryzykiem związanym z edycją genów: w rzeczywistości książka ludzkiej genetyki jest napisana w języku, który ledwo rozumiemy.

"Od pierwszej wizyty w ludzkim genomie minęło zaledwie około dziesięciu lat. Powinniśmy zachować szczególną ostrożność, zanim zaczniemy go przepisywać ", mówi dr Eric Lander, szef Broad Institute, w swoim opowiadaniu o CRISPR.

The Broad Institute konkuruje z laboratorium Doudna w West Coast o postępy w CRISPR i jest zaangażowany w proces sądowy o to, kto posiada patenty.

Lander zgadza się, że nie powinniśmy dotykać dziedzicznego DNA, ale robi miejsce dla "możliwego wyjątku korygowania ciężkich monogennych genów choroby, w kilku przypadkach, w których nie ma alternatywy. "

Co jeśli zwolennicy badań Doudna i brytyjscy naukowcy już proszą o złożenie obietnic, że lek na niszczącą chorobę genetyczną, taką jak Huntington, nie jest rozpatrywany indywidualnie, ale eliminuje całkowicie mutację genetyczną? Opinia publiczna prawdopodobnie wymagałaby dostępu do tego leku.

Ale co, jeśli to, co wydawało się lekiem, okazało się mieć niezamierzone genetyczne skutki uboczne, które nie były widoczne aż do następnego pokolenia?

"Przejście od błyskotliwej obserwacji do czegoś, co pomaga masom, jest skomplikowane," powiedział Jasanoff.