CRISPR erklärt: die stärkste Schere der Welt

Die Welt der Genetik war seit ihrem Einzug in den öffentlichen Zeitgeist im 20. Jahrhundert zu gleichen Teilen Verheißung und Kontroverse. Insbesondere die Gentechnik war so sehr in Verführung und Unbehagen verstrickt, dass sie von manchen als schwarze Magie angesehen wird. Prominente Personen mit ansonsten gesundem Verstand erklären häufig die absichtliche Veränderung der DNA, insbesondere der menschlichen DNA, als ethischen Ersatz. 

Menschen nutzen die Gentechnik seit Jahrtausenden

Solche pauschalen Verurteilungen spiegeln eine Welt wider, die es seit Jahrtausenden nicht mehr gibt. Das offensichtlichste Beispiel sind Lebensmittel, insbesondere GVO-Sorten. Diese massiven, lebendigen, saftigen Red Delicious-Äpfel, die aus den Lebensmittelregalen fliegen, sind eine Verirrung im Vergleich zu ihren vormenschlichen Vorfahren.

Durch die Kreuzung bestimmter Apfelsorten konnten Menschen die Gene vermehren, die zu bevorzugten Phänotypen (physischen Manifestationen) führten. Noch wichtiger ist, dass die Auswahl dürreresistenter Versionen von Grundnahrungsmitteln wie Getreide und Reis viele große Zivilisationen vor dem durch Hunger verursachten Zusammenbruch bewahrt hat. 

Haustiere bilden einen noch krasseren Kontrast. Wölfe sind wilde, territoriale Raubtiere. Sie sind bis zu 180 Pfund reiner Schrecken, mit denen sich nur wenige Menschen in einem Duell besiegen können. Im Gegensatz dazu wiegen Teetassenpommersche XNUMX Pfund klatschnass, und jeder Mensch, der einen Kampf gegen einen verliert, ist es nicht wert, sein oder ihr genetisches Material weiterzugeben.

Dass einer der fähigsten Jäger der Welt zu einem atmenden Flaumball reduziert wurde, ist ein Beweis für die Liebesaffäre der gesamten Menschheit mit der absichtlichen Veränderung der DNA. Zu den gemeinsamen Merkmalen, die die Gesellschaft unter Tieren auswählt, gehören Fügsamkeit, Gehorsam, Stärke und natürlich Schmackhaftigkeit. 

Doch es ist die Idee der menschlichen DNA-Veränderung, die wirklich die Kiefer offen lässt und Schlüpfer in Bündeln hinterlässt. Die erhabenen Ideale der frühen amerikanischen Eugenikbewegung boten einen sicheren Hafen für die Befürwortung der rassischen Vorherrschaft, die sich veränderte und im Dritten Reich einen erschreckenden Höhepunkt erreichte. 

Dennoch ist die gezielte Kultivierung wünschenswerter Gene in der liberalen Gesellschaft alltäglich. Das offensichtlichste Beispiel ist die Abtreibung, die in den meisten westlichen Gesellschaften legal ist. Es ist unmöglich zu argumentieren, dass Menschen in einer Welt, in der ungefähr neunzig Prozent der Föten mit Down-Syndrom abgetrieben werden, keine Vorliebe für bestimmte Genome haben.

In den Vereinigten Staaten haben Gerichte die genetisch bedingte Abtreibung als verfassungsmäßiges Recht angesehen: Ärzte, die sich verstecken und genetische Störungen bei Föten zeigen, weil sie befürchten, dass die Mutter abtreiben wird, wurden sanktioniert.

Die absichtliche Veränderung der DNA eines Individuums ist nicht dasselbe wie die Förderung bestimmter Gene im Laufe vieler Generationen. Sogar die einst radikalen Prozesse zur Herstellung von GVO (genetisch veränderte Organismen) ermöglichen es Ihnen lediglich, vorhandene Gene in andere Arten einzufügen, anstatt neue zu entwerfen. Es ist jedoch klar, dass Menschen bestimmte Gene anderen vorziehen und drastische Maßnahmen ergreifen werden, um diese Gene häufiger zu machen. Ersteres bietet lediglich einen schnelleren und präziseren Weg, um die Ziele des Letzteren zu erreichen. 

Eine Methode zur geschickten Veränderung von genetischem Material ist der Menschheit aufgrund der intensiven Komplexität der biochemischen Reaktionen rund um die DNA sowie der geringen Auswahl an Werkzeugen, die in einem so mikroskopischen Maßstab wirksam sind, lange entgangen. Insbesondere war ein Verfahren zum Schneiden von DNA an genauen Stellen, so dass kleine Segmente ersetzt werden können, schwer fassbar.

Ein Durchbruch im Jahr 2015 änderte all dies; Dieser Durchbruch ermöglicht es den Menschen nun, diese lang anhaltende Unzulänglichkeit abzulegen. Eine Welt voller Möglichkeiten wartet auf uns und das Potenzial für eine groß angelegte Neuordnung unserer Körper, unserer Umgebung und sogar unserer Ökonomien ist an Deck. 

CRISPR: Die stärkste Schere der Geschichte

(Hinweis: Wenn Sie alle wichtigen Organellen einer Zelle und mehr als drei Arten von RNA auf Anhieb benennen können, werden Sie die folgende Erklärung wahrscheinlich zu stark vereinfacht finden. Wenn Sie ein grundlegendes Verständnis davon haben, was DNA und RNA sind, Dies wird eine Goldilocks-Erklärung sein. Wenn Sie nicht wissen, was RNA ist, stellen Sie es sich als den älteren Bruder der DNA vor, der dennoch als Laufbursche der DNA endete.) 

Dieser Durchbruch trägt den Namen CRISPR / CAS9, normalerweise nur CRISPR abgekürzt. Diese innovative Methode, ausgesprochen wie „Ich wünschte, mein Toast wäre knuspriger“, ist die Abkürzung für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Scheint das wie ein Bissen zu sein? Es ist. Saug es auf. So waren "die Theorien der allgemeinen und speziellen Relativitätstheorie" sowie "Desoxyribonukleinsäure". Bahnbrechende Entdeckungen haben oft lange Namen; Beim Umgang mit futuristischer Technologie wird das Tragen von Hosen für große Jungen/große Mädchen empfohlen.

Obwohl die veränderte DNA künstlich ist, kommen beide Komponenten von CRISPR natürlich vor. Im Kern nutzt es das Immunsystem, das allen lebenden Zellen zugrunde liegt. Bedenken Sie Folgendes: Das Immunsystem ist äußerst komplex, insbesondere das eines Menschen, aber in 99 % der Fälle ist ein einziger Virus nicht in der Lage, dieselbe Person bei zwei verschiedenen Gelegenheiten zu infizieren.

Dies liegt daran, dass virale DNA-Stränge nach der ersten Begegnung in Zellen gespeichert und „erinnert“ werden. Im XNUMX. Jahrhundert entdeckten Wissenschaftler, dass bestimmte Bakterienformen diese DNA-Fragmente zwischen kurzen, sich wiederholenden Basenpaarsträngen einschließen, die ebenfalls palindromisch sind: die CRISPRs. Teile des Virus sind nun dauerhaft in das Genom der Bakterien eingebettet. Und du dachtest, du wärst gut darin, einen Groll zu hegen. 

Stellen Sie sich vor, ein Bakteriophage (ein Virus, das Bakterien im Gegensatz zu vielzelligen Organismen wie Menschen angreift) verwüstet Barry-Bakterien, tötet ihn aber nicht. Eine Woche später kommt Phil der Phage für Runde 2 zurück. Obwohl Barry sieht, wie Phil ihn überfällt, kann er keine weißen Blutkörperchen schicken, um Phil zu verprügeln, weil er keine hat. Das bakterielle Immunsystem verfolgt einen anderen Ansatz.

Hier kommt Cas9, die andere Hälfte des CRISPR-Systems, ins Spiel. Cas9, das für CRISPR-assoziiertes Protein 9 steht, scannt die fremde DNA, auf die es trifft, und überprüft, ob etwas davon mit der viralen DNA übereinstimmt, die es zwischen den CRISPRs gespeichert hat. Wenn dies der Fall ist, löst Cas9 eine Endonuklease aus, die auch als Restriktionsenzym bekannt ist, um Phils Arm oder Fuß oder vielleicht sogar seinen Kopf abzuschneiden. Unabhängig vom Segment macht der Verlust eines so großen Teils ihres genetischen Codes das Virus fast immer unfähig, seine räuberischen Absichten auszuführen.

Das menschliche Immunsystem gewinnt Kämpfe gegen Viren, indem es die besten mikroskopisch kleinen Krieger der Evolution in den Kampf schickt, ausgestattet mit unglaublich genauen Beschreibungen des Aussehens und der Taktik des Feindes. Der bakterielle Ansatz ähnelt eher dem Abfangen der Anweisungen eines Kommandanten an seine Fußsoldaten. „Greift die Tore im Morgengrauen an“ wird zu „Greift die [BLANK] bei [BLANK] an“, und der Einbruch schlägt fehl. 

Schließlich entdeckten Wissenschaftler, dass praktisch jeder lebende Organismus Elemente sowohl von CRISPR als auch von Cas9 enthält. Das mag schockierend erscheinen, ist aber eigentlich ziemlich trivial, wenn man bedenkt, dass jedes Lebewesen von Bakterien abstammt. In diesen Organismen ähneln CRISPRs einer altmodischen Bibliothek, die eine Stadt nie abgerissen hat, und Cas9 ist eines der am wenigsten wichtigen Restriktionsenzyme.

Trotzdem sind sie da, sie funktionieren, und das Beste: Sie erwiesen sich als sehr wahllos: Wissenschaftler konnten ihnen DNA-Abschnitte zuführen, die nichts mit Viren zu tun hatten, und CRISPR würde sie treu aufzeichnen und Cas9 würde treu Einschnitte vornehmen . Plötzlich hatten wir Gottes Schere in unseren Händen, und sie bearbeitete praktisch jede Art von DNA, die wir ausprobierten: Lebensmittel, Tiere, Krankheiten und human. 

Obwohl die Methode als „CRISPR“ populär gemacht wird, ist es die Kombination aus CRISPRs und Cas9, die so absurd leistungsfähig ist. Wie bereits erwähnt, gibt es eine Reihe von zuvor entdeckten Restriktionsenzymen oder DNA-Scheren. CRISPR ist jedoch die erste Methode, mit der Menschen mit hoher Präzision steuern können, wo die Schere schneidet. 

Im Wesentlichen sind CRISPRs kurze DNA-Segmente, die als Lesezeichen dienen, oder als zwei Zeichen, die sagen: „Beginnen Sie hier zu schneiden“ und „Hören Sie hier auf zu schneiden“. Cas9 ist ein Protein, das CRISPRs lesen und ein Enzym freisetzen kann, um an beiden durch die Lesezeichen markierten Stellen zu schneiden.

Was kann CRISPR?

Schatz, was kann nicht CRISPR tun? Es gibt zwei Hauptkategorien von Anwendungen für die Technologie: Bei Krebs gefundenes schlechtes genetisches Material kann durch eine korrigierte DNA-Sequenz ersetzt werden, um schädliche Mutationen zu eliminieren, und sie kann angewendet werden, um bestimmte Aspekte des Phänotyps zu verbessern.

CRISPR ist spannend, weil es kaum ein Kleinkind ist und doch schon den Sprung vom Labor in die Klinik geschafft hat. Die Autoren einer Studie aus dem Jahr 2015, erschienen in Natur konnten 48 % des genetischen Materials von HIV entfernen aus HIV-befallenen Zellen mit CRISPR. Beim Thema Krebs hat CRISPR jedoch bereits den Sprung von der Petrischale zum Menschen geschafft: Im Juni das NIH genehmigte die erste Studie von T-Zellen, die durch CRISPR entwickelt wurden.

Die Studie konzentriert sich auf die Verhinderung des Wiederauftretens von Krebs. Wie jeder weiß, der Freunde oder Familie hat, die gegen Krebs gekämpft haben (was leider die meisten Menschen sind), ist es nicht gleichbedeutend, für krebsfrei erklärt zu werden, geheilt zu sein. In den nächsten fünf bis zehn Jahren bleibt uns nichts anderes übrig, als abzuwarten, ob kleinste Krebsnester der Behandlung entgangen sind und auf eine Chance zum Nachwachsen warten. Die CRISPR-T-Zellen haben krebsartige DNA in ihr Genom eingefügt, was ihnen das Äquivalent einer Hypersichtbrille gibt, mit der sie nach dem Kaiser aller Krankheiten suchen können.

HIV und Krebs sind zwei der gewaltigsten Goliaths der pathologischen Medizin. Und doch ist der Vergleich von CRISPR mit David eine unzureichende Metapher. David war mindestens ein Erwachsener, während CRISPR kaum ein Kleinkind ist, und dieses Kleinkind schießt bereits aufs Tor gegen diese hartnäckigsten Feinde der Menschheit.

Natürlich verbringen die meisten Menschen ihr Leben nicht ständig zwischen HIV und Krebs. Häufigere Krankheiten mit weit weniger Komplexität, wie Erkältungen und Grippe, werden leichter von T-Zellen auf knusprigen Steroiden erfasst.

Schlechte DNA herauszuschneiden ist gut, aber in der Reparatur fehlerhafter DNA liegt das wahre Potenzial von CRISPR. Sobald die DNA an der richtigen Stelle geschnitten und der mutierte Abschnitt entfernt wurde, wird es ziemlich einfach, DNA-Polymerasen zu verwenden, um die richtige DNA miteinander zu verschmelzen.

Die häufigsten genetischen Erkrankungen in den Vereinigten Staaten sind Hämochromatose (zu viel Eisen im Blut), Mukoviszidose, Huntington-Krankheit und Down-Syndrom. Fixierungen an den krankheitsverursachenden DNA-Abschnitten könnten massives menschliches Leid verhindern. Darüber hinaus wären die wirtschaftlichen Vorteile großartig: Steuerkonservative würden sich freuen, die 83 Millionen Dollar zu sparen, die das NIH jährlich allein für Mukoviszidose ausgibt; Liberale hätten die Möglichkeit, diese Summen wieder in die Sozialhilfe zu investieren.

Für diejenigen, die das finden Down-Syndrom Abtreibungsstatistik beunruhigend, CRISPR-Modifikationen könnten ein geeigneter Kompromiss sein, der das Leben des Fötus rettet und gleichzeitig das Recht der Mutter wahrt, ein schwerbehindertes Kind nicht zur Welt zu bringen.

Die Welt der Biotechnologie wird bereits von CRISPR verzaubert. Allein die GVO-Lebensmittelindustrie ist mit Methoden, die im Vergleich zu CRISPR ziemlich grob sind, bereits Milliarden von Dollar pro Jahr wert. GVO-Unternehmen wie Monsanto haben eine Vielzahl von Lebensmitteln verbessert, indem sie ganze Gene eingefügt haben, die Widerstandsfähigkeit, Größe und Schmackhaftigkeit von anderen Lebensmitteln fördern.

Jetzt ist die Gen-Schnitzeljagd vorbei, und Biotech-Unternehmen können das perfekte Gen zum Einfügen entwerfen. Es ist wahrscheinlich, dass der Red Delicious in den nächsten Jahrzehnten seine Vormachtstellung an ein Produkt nach dem Vorbild des Roten Orgasmus oder der Roten Spirituellen Erfahrung abgeben muss.

Wirtschaftliche und politische Implikationen

CRISPR hat auch sowohl disruptive als auch demokratisierende Implikationen. Die Genbearbeitung in den 2010er Jahren war wie Computer in den 1970er Jahren. Es gibt sie, aber sie sind plump und lächerlich teuer. Dennoch ist das Produkt so wertvoll, dass die Unternehmen, die groß genug sind, um es sich leisten zu können, einen massiven Marktvorteil erlangen.

Aus diesem Grund konnten Unternehmen wie Monsanto im GVO-Bereich nahezu Monopole erobern. CRISPR wird mit der Gentechnik das machen, was PCs in den 1980er Jahren mit Software gemacht haben; Das heißt, die Technologie erheblich zu verbessern und sie gleichzeitig so billig zu machen, dass kleine Unternehmen und Einzelpersonen davon profitieren können. Egal, ob Sie Biologiestudent, Hobby-Biohacker oder Start-up-Unternehmer sind, Sie können ein CRISPR-Kit im Internet für ein paar hundert Dollar kaufen.

Daher dürfte CRISPR Biotech-Giganten wie Monsanto sehr nervös machen. Die Millionen von Menschen, die das Unternehmen unterminieren oder übertreffen wollen, haben alle einen Dolch bekommen.

Einige Leute sind gegen Monsanto, weil sie gegen GVO sind. Solchen Stimmen wird in der wissenschaftlichen Gemeinschaft nicht viel Glauben geschenkt: GVO gelten als ziemlich sicher, praktisch jeder isst sie, und die dürreresistenten/erntesteigernden GVO, die die „Grüne Revolution“ in Afrika und Indien in den 1970er Jahren untermauerten, haben Hunderte gerettet von Millionen Menschen vor dem Hungertod.

Viele Befürworter von GVO lehnen Monsanto jedoch wegen seiner monopolistischen Geschäftspraktiken und der Versuche ab, arme Bauern zur Verwendung seines Saatguts zu zwingen. Vor CRISPR konnten sie wenig tun, es sei denn, sie hätten hundert Millionen Dollar übrig, um ein gentechnisches Start-up zu gründen. Ihre raffinierteren Argumente wurden tendenziell von der Menge „GMOs werden Ihre Zähne ausfallen lassen und Ihren Kindern Autismus verursachen“ übertönt, was es Monsanto ermöglichte, seine Opposition zu delegitimieren, indem es sie als unwissenschaftlich bezeichnete.

Jetzt wird die relative Erschwinglichkeit von CRISPR es ermöglichen, dass GVO und der Bereich der Gentechnik von den demokratisch Gesinnten, der Jugend, der Mittelschicht und denjenigen zurückerobert werden, die glauben, dass ein strenger Wettbewerb zwischen Unternehmen schnelleren Fortschritt und eine gesündere Wirtschaft bewirkt als verknöcherte Monopole.

Ethik und andere Themen

Die ethischen Probleme der Gentechnik sind potenziell massiv. Die Möglichkeit, einen Supervirus zu entwerfen, der die Vor- und Nachteile des menschlichen Immunsystems in seinem Genom transkribiert hat, ist nicht von der Hand zu weisen. Das ist eine beunruhigende Aussicht; es würde das normale Paradigma umkehren und ähnlich sein ein Virus, der gegen das Immunsystem geimpft wird. „Designerbabys“ könnten zu einem Wiederaufleben der Eugenik und einem menschlichen Wettrüsten führen, in dem Zivilisationen in einen ständigen Kampf verwickelt sind, um die intelligentesten, rücksichtslosesten Bürger zu schaffen.

Dies sind jedoch Probleme mit den zukünftigen Fähigkeiten der Gentechnik, nicht mit den aktuellen Realitäten von CRISPR. Im Moment kann keines der wichtigsten ethischen Bedenken verwirklicht werden, hauptsächlich aufgrund unseres begrenzten Verständnisses unserer eigenen Biologie. CRISPR bedeutet, dass wir es wahrscheinlich könnten, wenn wir eine Blaupause hätten, um den oben genannten Supervirus zu erstellen. Unser Wissen über das Immunsystem ist jedoch viel zu begrenzt, um ein Virus zu implementieren, das es umgehen könnte.

Ähnlich übertrieben sind die Sorgen um Designerbabys. Zunächst einmal ist die Verschmelzung von Gentechnik mit Eugenik gefährlich und falsch. Eugenik ist Müllwissenschaft. Die Eugenik stützt sich auf die verfälschten Annahmen, dass Eigenschaften wie Intelligenz und Stärke hauptsächlich vererbbar sind, im Gegensatz zu dem nuancierten modernen Konsens, dass 1) diese Eigenschaften extrem schlecht definiert sind und 2) sie aus einer komplexen Interaktion der Genom (nicht nur ein paar einzelne Gene).

Die Besessenheit der meisten Eugeniker von der Verbreitung der weißen Rasse zeigt, dass die Bewegung nichts weiter ist als ein Versuch, alten rassistischen Ideen einen pseudowissenschaftlichen Anstrich von Legitimität zu verleihen. Schließlich ist die weiße „Rasse“ selbst ein soziales Konstrukt, im Gegensatz zu einer biologischen Realität.

Noch wichtiger ist, dass Eugeniker konsequent für die gewaltsame Förderung „sauberer“ Gene plädiert haben. Im Amerika der 1920er Jahre bedeutete dies die Sterilisation aller Menschen, von psychisch Kranken bis hin zu sexuell Promiskuitiven, und im Deutschland der 1940er Jahre bedeutete dies die Hinrichtung von Millionen von Unschuldigen. Obwohl das Dritte Reich die Mehrheit der diagnostizierten Schizophrenen hingerichtet hat, zeigt das heutige Deutschland keine Abweichung in der Bedeutung der Schizophrenie von seinen Nachbarn.

Gentechniker als Eugeniker darzustellen, beschmutzt jedoch den guten Ruf von Wissenschaftlern, die daran arbeiten, das Los zu verbessern alle Menschen, und gibt Eugenikern die perfekte Gelegenheit, ein Comeback zu feiern, indem sie sich an die derzeit aufregendste Erfindung der Wissenschaft binden. CRISPR-Ingenieure unterstützen keine durchgeknallten Rassentheorien, und sie wollen sie Ihnen vermitteln mehr Freiheit, mehr Wahl, mit der du dein Leben lebst.

Nein, CRISPR wird nicht dazu führen, dass Eltern die Homosexualität aus ihren Babys herauskitzeln. Das „schwule Gen“ ist eine wunderbar passende Metapher, um die Idee auszudrücken, dass Homosexualität keine Wahl ist. Als tatsächliches Abbild der Realität bietet es jedoch wenig. Die menschliche Sexualität ist eine Reihe komplexer, ineinandergreifender Verhaltensweisen, die sowohl genetische als auch umweltbedingte Grundlagen haben. Die Tatsache, dass homophobe Eltern Kinder, die sich später als schwul herausstellen, nicht abtreiben, beweist, dass es kein „schwules Gen“ gibt, das CRISPR einfach genug hätte, um es auf Heterosexualität umzustellen.

Ebenso ist die Begründung für die Angst vor einer „Embryo-Intelligenz-Explosion“ durch CRISPR fehlerhaft. Die menschliche Intelligenz ist das Kronjuwel der Erde und möglicherweise des gesamten Sonnensystems. Es ist so komplex und inspirierend, dass ein großer Prozentsatz der Menschen glaubt, dass seine Ursprünge übernatürlich sind. DNA, eine biologische Programmiersprache, kodiert es zwar, aber auf eine Weise, die derzeit weit über unser Verständnis hinausgeht. Eine Welt, in der wir wüssten, wie wir unsere Intelligenz durch CRISPR verändern können, wäre eine Welt, in der wir wüssten, wie man Intelligenz in einer Programmiersprache darstellt.

Die Erinnerung daran, dass DNA eine Programmiersprache ist, gibt uns eine nützliche Metapher, um die Kluft zwischen den Fähigkeiten von CRISPR und denen zu verstehen, die erforderlich sind, um die Ängste der Menschen vor der Gentechnik umzusetzen. Der menschliche Körper ist ein Computerprogramm, das in Milliarden Zeilen von DNA-Basenpaarcode geschrieben ist.

CRISPR gibt uns die Möglichkeit, diesen Code zu ändern. Das Erlernen des Tippens macht Sie jedoch noch lange nicht zu einem Programmierexperten. Das Tippen ist offensichtlich eine Voraussetzung, um ein Programmierexperte zu werden, aber wenn jemand auch nur annähernd Programmierkenntnisse erlangt hat, hat er oder sie das Tippenlernen längst hinter sich gelassen.