CRISPR het verduidelik: die wêreld se kragtigste skêr

Die wêreld van genetika is gelyke dele belofte en kontroversie sedert sy toetrede tot die openbare tydsgees in die 20ste eeu. Genetiese ingenieurswese, veral, is so vasgevang in verleiding en ongemak dat dit deur sommige as swart magie beskou word. Prominente individue van andersins gesonde verstand verklaar gereeld die opsetlike verandering van DNA, veral menslike DNA, as eties ersatz. 

Mense gebruik genetiese ingenieurswese vir millennia

Sulke algemene veroordelings weerspieël 'n wêreld wat vir millennia nie bestaan ​​nie. Die mees voor die hand liggende voorbeeld is voedsel, spesifiek van die GMO-variëteit. Daardie massiewe, lewendige, sappige Red Delicious-appels wat van kruidenierswarerakke af vlieg, is 'n afwyking in vergelyking met hul voormenslike voorouers.

Deur spesifieke variëteite appels te kruisteel, kon mense die gene propageer wat tot voorkeurfenotipes (fisiese manifestasies) gelei het. Nog belangriker, die keuse van droogtebestande weergawes van stapelvoedsel soos graan en rys het menige groot beskawing gered van hongersnood-geïnduseerde ineenstorting. 

Huisdiere bied 'n selfs meer opvallende kontras. Wolwe is woeste, territoriale roofdiere. Hulle is tot 180 pond van pure terreur met wie min mense die beste kon in 'n tweestryd. Teekoppie Pommere, daarenteen, weeg agt pond sopnat, en enige mens wat 'n geveg teen een verloor, is nie waardig om sy of haar genetiese materiaal oor te dra nie.

Dat een van die wêreld se bekwaamste jagters gereduseer is tot 'n pluisbal wat asemhaal, is 'n bewys van die hele mensdom se liefdesverhouding met die opsetlike verandering van DNS. Algemene eienskappe wat die samelewing onder diere kies, sluit in gehoorsaamheid, gehoorsaamheid, krag en natuurlik smaaklikheid. 

Tog is dit die idee van menslike DNS-verandering wat die kake werklik laat lap en onderbroeke in trosse laat. Die verhewe ideale van Amerika se vroeë eugenetika-beweging het 'n veilige hawe gebied vir die voorspraak van rasse-oorheersing, wat verander het en 'n skrikwekkende klimaks in die Derde Ryk bereik het. 

Nietemin is die doelgerigte kweek van gewenste gene algemeen in die liberale samelewing. Die mees voor die hand liggende voorbeeld is aborsie, wat wettig is in die meeste Westerse samelewings. Dit is onmoontlik om te redeneer dat mense nie 'n voorkeur vir sekere genome het in 'n wêreld waar ongeveer negentig persent van fetusse met Downsindroom geaborteer word nie.

In die Verenigde State het howe geneties-gebaseerde aborsie as 'n grondwetlike reg beskou: Dokters wat wegkruip met genetiese afwykings onder fetusse, uit vrees dat die moeder sal aborteer, is goedgekeur.

Om 'n individu se DNA doelbewus te verander is nie dieselfde ding as om sekere gene oor die loop van baie generasies te fasiliteer nie. Selfs die eens radikale prosesse van die skep van GMO's (geneties-gemodifiseerde organismes) laat jou bloot toe om bestaande gene in ander spesies in te voeg, in teenstelling met die ontwerp van nuwes. Dit is egter duidelik dat mense sekere gene bo ander verkies en drastiese maatreëls sal tref om hierdie gene meer algemeen te maak. Eersgenoemde bied bloot 'n vinniger, meer presiese manier om die doelwitte van laasgenoemde te bereik. 

’n Metode om genetiese materiaal vaardig te verander, het die mensdom lankal ontduik weens die intense kompleksiteit van die biochemiese reaksies rondom DNS asook die skamele reeks gereedskap wat op so ’n mikroskopiese skaal effektief is. Spesifiek, 'n metode om DNS op presiese plekke te sny sodat klein segmente vervang kan word, was ontwykend.

’n 2015-deurbraak het dit alles verander; hierdie deurbraak laat mense nou toe om hierdie langdurige ontoereikendheid af te skud. ’n Wêreld van moontlikhede wag en die potensiaal vir ’n grootskaalse herrangskikking van ons liggame, ons omgewing en selfs ons ekonomieë is op dek. 

CRISPR: Die kragtigste skêr in die geskiedenis

(Let wel: as jy al die hooforganelle van 'n sel en meer as drie tipes RNA van die bokant van jou kop af kan noem, sal jy waarskynlik die volgende verduideliking oorvereenvoudig vind. As jy 'n basiese begrip het van wat DNS en RNA is, dit sal 'n Gouelokke-verduideliking wees. As jy nie weet wat RNA is nie, dink daaraan as DNA se ouer broer wat nietemin as DNA se boodskapperseun geëindig het.) 

Hierdie deurbraak gaan onder die naam van CRISPR/CAS9, gewoonlik verkort tot net CRISPR. Hierdie innoverende metode, uitgespreek soos in "Ek wens my roosterbrood was skerper," is kort vir Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Lyk dit soos 'n mondvol? Dit is. Suig dit op. So was "die Teorieë van Algemene en Spesiale Relatiwiteit" sowel as "Deoksiribonukleïensuur." Baanbrekende ontdekkings het dikwels lang name; die dra van 'n groot seun/groot meisie broek word aangeraai wanneer u met futuristiese tegnologie te doen het.

Alhoewel die veranderde DNA kunsmatig is, kom beide komponente van CRISPR natuurlik voor. In sy kern trek dit voordeel uit die immuunstelsel wat alle lewende selle onderlê. Dink hieraan: die immuunstelsel is uiters kompleks, veral dié van 'n mens, maar 99% van die tyd is 'n enkele virus nie in staat om dieselfde persoon by twee verskillende geleenthede te besmet nie.

Dit is omdat stringe virale DNA gestoor en "onthou" binne selle na die eerste ontmoeting. In die twintigste eeu het wetenskaplikes ontdek dat sekere vorme van bakterieë hierdie DNS-fragmente tussen kort, herhalende stringe van basispare wat ook palindromies is, inbring: die CRISPR's. Dele van die virus is nou permanent in die genoom van die bakterieë ingebed. En jy het gedink jy is goed om wrok te koester. 

Stel jou voor dat 'n bakteriofaag ('n virus wat bakterieë teiken in teenstelling met veelsellige organismes, soos mense) Barry Bacteria opruk, maar hom nie doodmaak nie. 'n Week later kom Phil the Phage terug vir Rondte 2. Al sien Barry hoe Phil hom beroof, kan hy nie witbloedselle stuur om Phil te gaan klop nie, want hy het nie enige nie. Die bakteriese immuunstelsel gebruik 'n ander benadering.

Dit is waar Cas9, die ander helfte van die CRISPR-stelsel, ter sprake kom. Cas9, wat staan ​​vir CRISPR-geassosieerde proteïen 9, skandeer die vreemde DNS wat dit teëkom en kyk of enige daarvan ooreenstem met die virale DNS wat dit tussen die CRISPR's gestoor het. Indien wel, veroorsaak Cas9 'n endonuklease, ook bekend as 'n beperkingsensiem, om Phil se arm, of voet, of dalk selfs sy kop af te sny. Wat ook al die segment, die verlies van so 'n groot deel van hul genetiese kode maak die virus byna altyd nie in staat om sy roofsugtige bedoelings uit te voer nie.

Menslike immuunstelsels wen gevegte teen virusse deur evolusie se beste mikroskopiese krygers te stuur om te veg, toegerus met ongelooflike akkurate beskrywings van die vyand se voorkoms en taktiek. Die bakteriese benadering is meer soortgelyk aan die onderskep van 'n bevelvoerder se instruksies aan sy voetsoldate. "Val die poorte aan met dagbreek aan," word "Val die [BLANK] aan by [BLANK]," en die inval misluk. 

Uiteindelik het wetenskaplikes ontdek dat feitlik elke lewende organisme elemente van beide CRISPR en Cas9 het. Dit mag dalk skokkend lyk, maar dit is eintlik nogal onbenullig, aangesien elke lewende wese van bakterieë afstam. In hierdie organismes is CRISPR's soortgelyk aan 'n outydse biblioteek wat 'n stad nog nooit die moeite gedoen het om af te breek nie, en Cas9 is een van die minste belangrike beperkingsensieme.

Nietemin, hulle is daar, hulle werk, en die beste van alles, hulle het geblyk baie ondiskriminerend te wees: wetenskaplikes kon vir hulle dele van DNS voer wat niks met virusse te doen het nie, en CRISPR sou hulle lojaal opneem en Cas9 sou getrou insnydings maak . Ewe skielik het ons God se skêr in ons hande gehad, en hulle het gewerk aan feitlik enige tipe DNS wat ons probeer het: kos, dier, siekte en menslike. 

Alhoewel die metode as "CRISPR" gewild gemaak word, is dit die kombinasie van beide CRISPR's en Cas9 wat so absurd kragtig is. Soos genoem, is daar 'n aantal voorheen ontdekte beperkingsensieme, of DNS-skêre. CRISPR is egter die eerste metode wat mense met 'n hoë mate van akkuraatheid kon beheer waar die skêr sny. 

In wese is CRISPR's kort segmente van DNS wat as boekmerke dien, of as twee tekens wat sê "Begin hier sny" en "Hou op om hier te sny." Cas9 is 'n proteïen wat CRISPR's kan lees en 'n ensiem kan vrystel om by beide spasies wat deur die boekmerke gemerk is, te sny.

Wat kan CRISPR doen?

Liefie, wat kan nie CRISPR doen? Daar is twee hoofkategorieë van toepassings vir die tegnologie: slegte genetiese materiaal wat in kanker gevind word, kan vervang word met 'n gekorrigeerde DNS-volgorde om skadelike mutasies uit te skakel, en dit kan aangewend word om sekere fenotipe aspekte te verbeter.

CRISPR is opwindend omdat dit skaars 'n kleuter in ouderdom is en tog reeds van die laboratorium na die kliniek gespring het. Die skrywers van 'n 2015-studie wat in Aard kon aksyns 48% van die genetiese materiaal van MIV van MIV-geteisterde selle met behulp van CRISPR. Wanneer dit egter by kanker kom, het CRISPR reeds die sprong van petriskottel na mense gemaak: in Junie, die NIH het die eerste studie van T-selle wat deur CRISPR gemanipuleer is, goedgekeur.

Die verhoor fokus op die voorkoming van die herhaling van kanker. Soos enigiemand met vriende of familie wat kanker geveg het (wat ongelukkig die meeste mense is) weet, is om kankervry verklaar nie gelykstaande aan genesing nie. Vir die volgende vyf tot tien jaar is daar geen ander keuse as om te wag en te kyk of enige minuut sakke kanker behandeling vrygespring het en wag vir 'n kans om terug te groei nie. Die CRISPR T-selle het kankeragtige DNA wat in hul genoom ingevoeg is, wat hulle die ekwivalent van hipervisiebrille gee waarmee hulle na die keiser van alle siektes kan soek.

MIV en kanker is twee van die mees formidabele Goliate van patologiese medisyne. En tog is dit 'n onvoldoende metafoor om CRISPR met David te vergelyk. David was ten minste 'n volwassene, terwyl CRISPR skaars 'n kleuter is, en hierdie kleuter is reeds besig om doelskiete teen hierdie mees aanhoudende vyande van die mensdom te skiet.

Natuurlik spandeer die meeste mense nie hul lewens voortdurend tussen MIV en kanker nie. Meer algemene siektes met baie minder kompleksiteit, soos verkoue en griep, sal makliker onder die greep van T-selle op bros steroïede kom.

Om slegte DNA uit te sny is goed, maar dit is in die herstel van foutiewe DNA dat CRISPR se potensiaal werklik lê. Sodra die DNS op die regte plek gesny is, en die gemuteerde gedeelte verwyder is, word dit redelik eenvoudig om DNS-polimerases te gebruik om die korrekte DNS saam te smelt.

Die mees algemene genetiese afwykings in die Verenigde State is hemochromatose (te veel yster in die bloed), sistiese fibrose, Huntington se siekte en Downsindroom. Regstellings aan die siekte-veroorsakende segmente van DNA kan groot hoeveelhede menslike lyding voorkom. Verder sou die ekonomiese voordele wonderlik wees: fiskale konserwatiewes sal dit geniet om die $83 miljoen te spaar wat die NIH jaarliks ​​aan sistiese fibrose alleen bestee; liberale sou die geleentheid kry om hierdie bedrae weer in maatskaplike welsyn te belê.

Vir diegene wat die Down Sindroom aborsie statistiek steurend, kan CRISPR-wysigings 'n geskikte kompromie wees, wat die fetus se lewe red, terwyl die moeder se reg om nie geboorte te skenk aan 'n erg gestremde kind, te bewaar nie.

Die biotegnologiewêreld word reeds deur CRISPR vasgenael. Die GMO-voedselbedryf alleen is reeds miljarde dollars per jaar werd met metodes wat redelik rof is in vergelyking met CRISPR. GMO-maatskappye soos Monsanto het 'n magdom kosse verbeter deur heel gene in te voeg wat gehardheid, grootte en smaak van ander kosse bevorder.

Nou is die geenaasvretersjag verby, en biotegnologiemaatskappye kan die perfekte geen ontwerp om in te voeg. Dit is waarskynlik dat die Red Delicious oor die volgende paar dekades sy oppergesag sal moet oorgee aan 'n produk in die lyn van die Rooi Orgasme of die Rooi Geestelike Ervaring.

Sake- en politieke implikasies

CRISPR het ook ontwrigtende en demokratiserende implikasies. Gene redigering in die 2010's was soos rekenaars in die 1970's. Hulle bestaan, maar hulle is lomp en belaglik duur. Tog is die produk so waardevol dat die maatskappye wat groot genoeg is om hulle te bekostig, 'n massiewe markvoordeel kry.

Dit is hoekom maatskappye soos Monsanto byna monopolieë in die GMO-veld kon kry. CRISPR gaan aan genetiese ingenieurswese doen wat persoonlike rekenaars in die 1980's aan sagteware gedoen het; dit wil sê, verbeter die tegnologie aansienlik, terwyl dit so goedkoop gemaak word dat klein besighede en individue voordeel daaruit kan trek. Of jy nou 'n biologiestudent, 'n amateur-biohaker of 'n beginner-entrepreneur is, jy kan 'n CRISPR-stel op die internet koop vir 'n paar honderd dollar.

Daarom behoort CRISPR biotegnologie-behemoths soos Monsanto baie senuweeagtig te maak. Die miljoene mense wat die maatskappy wil ondermyn of uitkompeteer, het almal ’n dolk gekry.

Sommige mense is teen Monsanto omdat hulle GMO's teenstaan. Sulke stemme kry nie veel geloof in die wetenskaplike gemeenskap nie: GMO's word as redelik veilig beskou, feitlik almal eet dit, en die droogtebestande/oesverhogende GMO's wat die "Groen Revolusie" in Afrika en Indië in die 1970's onderlê het, het honderde gered van miljoene mense van hongersnood.

Baie pro-GMO-individue is egter gekant teen Monsanto vanweë sy monopolistiese sakepraktyke en pogings om arm boere te dwing om sy saad te gebruik. Voor CRISPR was daar min wat hulle kon doen, tensy hulle 'n ekstra honderd miljoen dollar het wat rondlê om 'n genetiese ingenieurswese-aanvangsonderneming te begin. Hul meer verfynde argumente was geneig om te verdrink deur die skare "GMO's sal jou tande laat uitval en jou kinders outisme gee", wat Monsanto toegelaat het om sy opposisie te delegitimeer deur dit as onwetenskaplik te skilder.

Nou sal die relatiewe bekostigbaarheid van CRISPR toelaat dat GMO's en die veld van genetiese ingenieurswese herwin kan word deur die demokraties-gesindes, deur die jongmense, deur die middelklas, deur diegene wat glo dat streng mededinging tussen besighede vinniger vooruitgang en 'n gesonder ekonomie produseer as versteende monopolieë.

Etiek en ander kwessies

Die etiese kwessies van genetiese ingenieurswese is potensieel massief. Die moontlikheid om 'n supervirus te ontwerp wat die ins en outs van die menslike immuunstelsel in hul genoom getranskribeer het, kan nie van die hand gewys word nie. Dit is 'n ontstellende vooruitsig; dit sou die normale paradigma omkeer, en soortgelyk wees aan 'n virus wat teen die immuunstelsel ingeënt word. “Ontwerperbabas” kan lei tot ’n herlewing van eugenetika en ’n menslike wapenwedloop waarin beskawings vasgevang is in ’n voortdurende stryd om die mees intelligente, meedoënlose burgers te skep.

Dit is egter probleme met die toekomstige vermoëns van genetiese ingenieurswese, nie met die huidige realiteite van CRISPR nie. Vir nou kan geen van die belangrikste etiese bekommernisse gerealiseer word nie, hoofsaaklik as gevolg van ons beperkte begrip van ons eie biologie. CRISPR beteken dat as ons 'n bloudruk gehad het om die bogenoemde supervirus te skep, ons waarskynlik sou kon. Ons kennis van die immuunstelsel is egter heeltemal te beperk om 'n virus te implementeer wat dit kan omseil.

Die bekommernisse oor ontwerpersbabas is eweneens oorwaai. Eerstens is die samesmelting van genetiese ingenieurswese met eugenetika gevaarlik en verkeerd. Eugenika is vulliswetenskap. Eugenika maak staat op die vervalste aannames dat eienskappe soos intelligensie en krag hoofsaaklik oorerflik is, in teenstelling met die genuanseerde moderne konsensus dat 1) hierdie eienskappe uiters swak gedefinieer is, en 2) hulle afkomstig is van 'n komplekse interaksie van die genoom (nie net 'n paar individuele gene nie).

Die obsessie van die meeste eugenici met die afkondiging van die wit ras toon dat die beweging niks meer is as 'n poging om 'n pseudowetenskaplike fineer van legitimiteit aan ou rassistiese idees te gee nie. Die wit "ras" is immers self 'n sosiale konstruk, in teenstelling met 'n biologiese werklikheid.

Belangriker nog, eugenici het konsekwent gepleit vir die bevordering van "skoner" gene met geweld. In 1920's Amerika het dit beteken dat almal van geestelik verswaktes tot seksueel promiskues gesteriliseer moet word, en in 1940's Duitsland het dit die teregstelling van miljoene onskuldiges beteken. Ten spyte daarvan dat die Derde Ryk die meerderheid gediagnoseerde skisofrenieë tereggestel het, toon hedendaagse Duitsland geen afwyking in skisofrenie-prominensie van sy bure nie.

Dit gesê, om genetiese ingenieurs as eugenici te skilder, smeer die goeie naam van wetenskaplikes wat werk om die lot van almal mense, sowel as om eugenici 'n perfekte geleentheid te gee om 'n terugkeer te maak deur hulself te verbind aan die opwindendste uitvinding in die wetenskap tans. CRISPR-ingenieurs onderskryf nie kraakvars rasseteorieë nie, en hulle wil jou gee meer vryheid, meer keuse waarmee jy jou lewe wil leef.

Nee, CRISPR sal nie daartoe lei dat ouers die homoseksualiteit uit hul babas manipuleer nie. Die "gay geen" is 'n wonderlike gepaste metafoor om die idee uit te druk dat homoseksualiteit nie 'n keuse is nie. As 'n werklike voorstelling van die werklikheid bied dit egter min. Menslike seksualiteit is 'n reeks komplekse, ineenlopende gedrag wat beide genetiese en omgewingsgrondslag het. Die feit dat homofobiese ouers nie kinders aborteer wat later gay blyk te wees nie, bewys dat daar geen “gay geen” is wat eenvoudig genoeg is vir CRISPR om dit na heteroseksualiteit te kan oorskakel nie.

Net so is die redenasie agter die vrees vir 'n "embrio-intelligensie-ontploffing" deur CRISPR gebrekkig. Menslike intelligensie is die kroonjuweel van die Aarde, en heel moontlik van die hele sonnestelsel. Dit is so kompleks en inspirerend dat 'n groot persentasie mense glo dat die oorsprong daarvan bonatuurlik is. DNA, 'n biologiese programmeertaal, kodeer dit wel, maar op 'n wyse wat tans ver buite ons begrip is. 'n Wêreld waar ons verstaan ​​het hoe om ons intelligensie deur CRISPR te verander, sou 'n wêreld wees waar ons geweet het hoe om intelligensie in programmeertaal voor te stel.

As ons onthou dat DNA 'n programmeertaal is, gee ons 'n nuttige metafoor om die gaping tussen die vermoëns van CRISPR en dié wat nodig is om mense se vrese oor genetiese ingenieurswese te implementeer, te verstaan. Die menslike liggaam is 'n rekenaarprogram wat geskryf is in miljarde reëls DNA-basispaarkode.

CRISPR gee ons die vermoë om hierdie kode te verander. Om te leer hoe om te tik, maak jou egter nie 'n kundige programmeerder nie. Tik is natuurlik 'n voorvereiste om 'n kundige programmeerder te word, maar teen die tyd dat 'n individu selfs naby aan programmeervaardigheid is, is hy of sy lank verby die ontdekking om te leer hoe om te tik.