Naukowcy zajmujący się edycją genów i chorobą cRISPR

Teraz, gdy gen Edycja genów jest poza butelką, czego byś chciał na początku?

Niemowlęta z "doskonałymi" oczami, ponadprzeciętną inteligencją i odrobiną charyzmy gwiazdy filmowej?

ReklamaReklama Czy świat wolny od chorób … nie tylko dla rodziny, ale dla każdej rodziny na świecie?

Na podstawie ostatnich wydarzeń wielu naukowców pracuje nad tym drugim.

Wcześniej w tym miesiącu naukowcy z Oregon Health & Science University użyli narzędzia do edycji genów, aby poprawić mutację wywołującą chorobę w zarodku.

Ogłoszenie

Technika, znana jako CRISPR-Cas9, naprawiła mutację w jądrowym DNA zarodków, która powoduje przerostową kardiomiopatię, częstą chorobę serca, która może prowadzić do niewydolności serca lub śmierci sercowej.

Po raz pierwszy narzędzie do edycji genu zostało przetestowane na ludzkich jajach o jakości klinicznej.

ReklamaReklama Gdyby jeden z tych zarodków został wszczepiony kobiecej macicy i pozwolił się w pełni rozwinąć, dziecko byłoby wolne od powodującej chorobę zmienności genu.

Ten rodzaj korzystnej zmiany zostałby również przekazany przyszłym pokoleniom.

Żaden z zarodków w tym badaniu nie został wszczepiony ani nie pozwolono mu się rozwinąć. Sukces eksperymentu pozwala jednak rzucić cień na potencjał CRISPR-Cas9.

Czy kiedykolwiek będziemy w stanie zmodyfikować gen nasz świat wolny od chorób?

Jak działa edycja genów

Według Fundacji Genetycznej Choroby istnieje ponad 6000 ludzkich zaburzeń genetycznych.

ReklamaReklama Naukowcy teoretycznie mogliby wykorzystać CRISPR-Cas9 do korygowania dowolnej z tych chorób w zarodku.

Aby to zrobić, potrzebowali odpowiedniego fragmentu RNA, aby celować w odpowiednie odcinki materiału genetycznego.

Enzym Cas9 tnie DNA w tym miejscu, co pozwala naukowcom na usunięcie, naprawę lub zamianę określonego genu.

Ogłoszenie

Niektóre choroby genetyczne mogą być łatwiejsze w leczeniu tą metodą niż inne.

"Większość ludzi skupia się, przynajmniej początkowo, na chorobach, w których rzeczywiście jest tylko jeden gen - lub ograniczona liczba genów - i są one naprawdę dobrze rozumiane", Megan Hochstrasser, kierownik ds. Komunikacji naukowej w Innowacyjny Instytut Genomiki w Kalifornii powiedział Healthline.

ReklamaReklama Choroby spowodowane przez mutację w pojedynczym genie obejmują chorobę sierpowatą, mukowiscydozę i chorobę Tay-Sachs. Mają one wpływ na miliony ludzi na całym świecie.

Tego typu choroby są jednak znacznie mniejsze niż choroby układu krążenia, cukrzyca i nowotwory, które każdego roku zabijają miliony ludzi na całym świecie.

Genetyka - wraz z czynnikami środowiskowymi - również przyczynia się do otyłości, chorób psychicznych i choroby Alzheimera, chociaż naukowcy wciąż pracują nad dokładnym zrozumieniem.

Ogłoszenie

Obecnie większość badań CRISPR-Cas9 koncentruje się na prostszych chorobach.

"Jest wiele rzeczy, które trzeba opracować za pomocą technologii, aby dostać się do miejsca, w którym moglibyśmy kiedykolwiek zastosować ją do jednej z tych chorób poligenowych, w których wiele genów przyczynia się lub jeden gen ma wiele efektów, "Powiedział Hochstrasser.

ReklamaReklama

Traktowanie dorosłych i dzieci, a nie zarodków

Chociaż "projektantki" zyskują wiele uwagi mediów, wiele badań CRISPR-Cas9 koncentruje się na innych obszarach.

"Większość ludzi, którzy nad tym pracują, nie pracuje w ludzkich embrionach", powiedział Hochstrasser. "Próbują dowiedzieć się, jak możemy opracować metody leczenia dla osób, które już chorują. "

Tego typu zabiegi przyniosłyby korzyści dzieciom i dorosłym, którzy już żyją z chorobą genetyczną, a także ludziom, którzy zachorowali na raka.

Takie podejście może również pomóc 25 do 30 milionów Amerykanów, którzy mają jedną z ponad 6 800 rzadkich chorób.

"Edycja genów to naprawdę potężna opcja dla osób z rzadką chorobą" - powiedział Hochstrasser. "Teoretycznie możesz zrobić badanie kliniczne fazy I z wszystkimi ludźmi na świecie, którzy mają pewien [rzadki] stan i wyleczyć je wszystkie, jeśli to zadziała. "

Rzadkie choroby dotykają w dowolnym momencie mniej niż 200 000 osób w Stanach Zjednoczonych, co oznacza, że ​​firmy farmaceutyczne mają mniejszą motywację do opracowania terapii.

Te mniej powszechne choroby obejmują mukowiscydozę, chorobę Huntingtona, dystrofie mięśni i niektóre rodzaje raka.

W ubiegłym roku naukowcy z University of California Berkeley poczynili postępy w opracowywaniu terapii ex vivo - gdzie wyłapujesz komórki z osoby, modyfikujesz je i umieszczasz z powrotem w ciele.

To leczenie dotyczyło choroby sierpowatej. W tym stanie genetyczna mutacja powoduje, że cząsteczki hemoglobiny łączą się, co deformuje krwinki czerwone. Może to prowadzić do zablokowania naczyń krwionośnych, anemii, bólu i niewydolności narządów.

Naukowcy wykorzystali CRISPR-Cas9 do genetycznego inżynierii komórek macierzystych, aby naprawić mutację sierpowatokomórkowej. Następnie wstrzyknęli te komórki myszom.

Komórki macierzyste migrowały do ​​szpiku kostnego i rozwinęły się w zdrowe krwinki czerwone. Cztery miesiące później te komórki wciąż można było znaleźć we krwi myszy.

To nie jest lekarstwo na tę chorobę, ponieważ organizm nadal wytwarzałby czerwone krwinki z mutacją sierpowatokrwinkową.

Ale naukowcy uważają, że jeśli wystarczająco zdrowych komórek macierzystych zakorzenią się w szpiku kostnym, może zmniejszyć nasilenie objawów choroby.

Zanim naukowcy będą mogli przetestować to leczenie u ludzi, potrzeba więcej pracy.

Grupa chińskich naukowców zastosowała podobną technikę w ubiegłym roku w leczeniu osób z agresywną postacią raka płuc - pierwszego badania klinicznego tego rodzaju.

W tym badaniu naukowcy zmodyfikowali komórki odpornościowe pacjentów, aby wyłączyć gen, który bierze udział w zatrzymywaniu odpowiedzi immunologicznej komórki.

Naukowcy mają nadzieję, że po wstrzyknięciu do organizmu genetycznie zmodyfikowane komórki odpornościowe będą mocniej atakować komórki rakowe.

Tego typu terapie mogą również działać w przypadku innych chorób krwi, nowotworów lub problemów immunologicznych.

Ale niektóre choroby będą trudniejsze do leczenia w ten sposób.

"Jeśli masz zaburzenie mózgu, na przykład, nie możesz usunąć czyjegoś mózgu, dokonać edycji genu, a następnie umieścić go z powrotem," powiedział Hochstrasser. "Musimy więc wymyślić, jak uzyskać te odczynniki w miejscach, w których muszą znajdować się w ciele. "

Bezpośrednie zapobieganie ludzkim chorobom

Nie każda ludzka choroba jest spowodowana przez mutacje w naszym genomie.

Choroby przenoszone przez wektor, takie jak malaria, żółta febra, gorączka denga i śpiączka, zabijają ponad milion ludzi na całym świecie każdego roku.

Wiele z tych chorób przenoszonych jest przez komary, ale także przez kleszcze, muchy, pchły i ślimaki słodkowodne.

Naukowcy pracują nad sposobami wykorzystania edycji genów, aby zmniejszyć liczbę tych chorób na zdrowiu ludzi na całym świecie.

"Potencjalnie moglibyśmy pozbyć się malarii za pomocą inżynierii komarów, które nie mogą przenosić pasożyta wywołującego malarię", powiedział Hochstrasser. "Moglibyśmy to zrobić za pomocą techniki CRISPR-Cas9, aby bardzo szybko popchnąć tę cechę przez całą populację komarów. "

Naukowcy używają CRISPR-Cas9 do tworzenia żywności" projektant ".

DuPont ostatnio użył edycji genu do produkcji nowej odmiany kukurydzy woskowej, która zawiera większe ilości skrobi, która ma zastosowanie w przemyśle spożywczym i przemysłowym.

Zmodyfikowane uprawy mogą również przyczynić się do zmniejszenia liczby zgonów z powodu niedożywienia, które są odpowiedzialne za prawie połowę wszystkich zgonów na świecie u dzieci poniżej 5 roku życia.

Naukowcy mogą potencjalnie wykorzystać CRISPR-Cas9 do tworzenia nowych odmian żywności, które są odporne na szkodniki odporne na suszę lub zawierające więcej mikroelementów.

Jedną z zalet CRISPR-Cas9 w porównaniu z tradycyjnymi metodami hodowli roślin jest to, że naukowcy mogą wstawiać pojedynczy gen z pokrewnej dzikiej rośliny do odmiany domowej, bez innych niepożądanych cech.

Edycja genowa w rolnictwie może również poruszać się szybciej niż badania u ludzi, ponieważ nie ma potrzeby przeprowadzania wielu lat badań laboratoryjnych, zwierzęcych i ludzkich.

"Mimo że rośliny rosną dość powoli," powiedział Hochstrasser, "naprawdę szybciej jest wynieść [genetycznie zmodyfikowane rośliny] na świat, niż przeprowadzić próbę kliniczną u ludzi. "

Kwestie bezpieczeństwa i etyczne

CRISPR-Cas9 to potężne narzędzie, ale także budzi wiele obaw.

"W tej chwili jest wiele dyskusji na temat tego, jak najlepiej wykryć tak zwane efekty niecelowe", powiedział Hochstrasser. "Tak się dzieje, gdy białko [Cas9] tnie gdzieś podobne miejsce, w którym ma je ciąć. "

Cięcia poza celami mogą prowadzić do nieoczekiwanych problemów genetycznych, które powodują śmierć embrionu.Zmiana w niewłaściwym genie może również stworzyć całkowicie nową chorobę genetyczną, która zostanie przeniesiona na przyszłe pokolenia.

Nawet używanie CRISPR-Cas9 do modyfikowania komarów i innych owadów budzi obawy związane z bezpieczeństwem - np. Co się dzieje, gdy dokonujesz zmian na dużą skalę w ekosystemie lub w populacji, która wymyka się spod kontroli.

Istnieje również wiele kwestii etycznych związanych z modyfikowaniem ludzkich embrionów.

Czy CRISPR-Cas9 pomoże pozbyć się świata chorób?

Nie ma wątpliwości, że będzie to miało duży wpływ na wiele chorób, ale jest mało prawdopodobne, aby wyleczyć je wszystkie w najbliższym czasie.

Mamy już narzędzia do unikania chorób genetycznych - takich jak wczesne badania genetyczne płodów i zarodków - ale nie są one powszechnie stosowane.

"Nadal nie unikamy mnóstwa chorób genetycznych, ponieważ wiele osób nie wie, że zawierają mutacje, które mogą zostać odziedziczone" - powiedział Hochstrasser.

Niektóre mutacje genetyczne występują również spontanicznie. Tak jest w przypadku wielu nowotworów, które wynikają z czynników środowiskowych, takich jak promienie UV, dym tytoniowy i niektóre chemikalia.

Ludzie podejmują również decyzje, które zwiększają ryzyko chorób serca, udaru, otyłości i cukrzycy.

Więc jeśli naukowcy nie będą w stanie użyć CRISPR-Cas9 do znalezienia metod leczenia tych chorób cywilizacyjnych - lub genetycznie inżynierowie, aby rzucić palenie i zacząć jeździć na rowerze do pracy - choroby te utrzymają się w społeczeństwie ludzkim.

"Takie rzeczy zawsze będą wymagały leczenia" - powiedział Hochstrasser. "Nie sądzę, żeby było realistycznie myśleć, że kiedykolwiek zapobiegalibyśmy każdej chorobie w ludzkim życiu. "