CRISPR explicou: as tesoiras máis poderosas do mundo

O mundo da xenética foi a partes iguais promesa e controversia desde a súa entrada no zeitgeist público no século XX. A enxeñaría xenética, en particular, estivo tan sumida na sedución e o malestar que algúns a consideran maxia negra. Individuos destacados de mentes doutro xeito son frecuentemente declarar a alteración intencional do ADN, especialmente o ADN humano, como éticamente ersatz. 

Os humanos empregamos a enxeñaría xenética durante milenios

Esas condenas mantas reflicten un mundo que non existe desde hai milenios. O exemplo máis evidente son os alimentos, concretamente da variedade transxénica. Esas mazás Red Delicious enormes, vibrantes e suculentas que voan dos estantes dos supermercados son unha aberración en comparación cos seus antepasados ​​prehumanos.

Ao cruzar variedades específicas de mazás, os humanos puideron propagar os xenes que orixinaron os fenotipos preferidos (manifestacións físicas). Máis importante aínda, a selección de versións resistentes á seca de alimentos básicos, como grans e arroz, salvou a moitas grandes civilizacións do colapso inducido pola fame. 

Os animais domésticos proporcionan un contraste aínda máis evidente. Os lobos son depredadores territoriais feroces. Son ata 180 quilos de terror puro cos que poucos humanos poderían mellor nun duelo. Os pomeranios, pola contra, pesan oito quilos empapados, e calquera humano que perda unha loita contra un non é digno de transmitir o seu material xenético.

Que un dos cazadores máis hábiles do mundo fose reducido a unha bola de pelusa respirando é un testemuño da historia de amor de toda a humanidade coa alteración intencional do ADN. Os trazos comúns que a sociedade selecciona entre os animais inclúen a docilidade, a obediencia, a forza e, por suposto, o sabor. 

Con todo, é a idea da alteración do ADN humano o que realmente deixa as mandíbulas abertas e as bragas en acios. Os altos ideais do primeiro movemento euxenésico de América proporcionaron un refuxio seguro para a defensa da supremacía racial, que se transformou e alcanzou un clímax aterrador no Terceiro Reich. 

Non obstante, o cultivo intencionado de xenes desexables é común na sociedade liberal. O exemplo máis evidente é o aborto, que é legal na maioría das sociedades occidentais. É imposible argumentar que os humanos non teñen preferencia por certos xenomas nun mundo onde aproximadamente o noventa por cento dos fetos con síndrome de Down son abortados.

Nos Estados Unidos, os tribunais consideraron o aborto con base xenética como un dereito constitucional: sancionáronse os médicos que se esconden mostrando trastornos xenéticos entre os fetos, temendo que a nai aborte.

Non é o mesmo alterar intencionadamente o ADN dun individuo que facilitar certos xenes ao longo de moitas xeracións. Mesmo os procesos antes radicais de creación de transxénicos (organismos modificados xeneticamente) só permiten inserir xenes existentes noutras especies en lugar de deseñar outros novos. Non obstante, está claro que os humanos prefiren certos xenes a outros e tomarán medidas drásticas para que estes xenes sexan máis comúns. O primeiro só ofrece unha forma máis rápida e precisa de lograr os obxectivos do segundo. 

Un método para alterar hábilmente o material xenético evadiu durante moito tempo á humanidade debido á intensa complexidade das reaccións bioquímicas que rodean o ADN, así como á escasa gama de ferramentas que son eficaces a unha escala tan microscópica. En concreto, un método para cortar o ADN en lugares exactos para que se poidan substituír pequenos segmentos resultou esquivo.

Un avance de 2015 cambiou todo isto; este avance está agora a permitir que os humanos eliminen esta insuficiencia duradeira. Agarda un mundo de posibilidades e o potencial para unha reordenación a gran escala dos nosos corpos, o noso entorno e mesmo as nosas economías está en cuberta. 

CRISPR: As tesoiras máis poderosas da historia

(Nota: se podes nomear todos os orgánulos principais dunha célula e máis de tres tipos de ARN na parte superior da túa cabeza, probablemente atoparás a seguinte explicación simplificada en exceso. Se tes unha comprensión básica do que son o ADN e o ARN, esta será unha explicación de Ricitos de Ouro. Se non sabes o que é o ARN, pensa nel como o irmán maior do ADN que, con todo, acabou sendo o mozo do ADN.) 

Este avance leva o nome de CRISPR/CAS9, normalmente acurtado a só CRISPR. Este método innovador, pronunciado como "Oxalá o meu brindis fose máis nítido", é a abreviatura de Clustered Regularly Interspaced Short Palindrmic Repeats. Paréceche isto un bocado? É. Chupalo. Tamén o foron "as teorías da relatividade xeral e especial" así como o "ácido desoxirribonucleico". Os descubrimentos pioneiros adoitan ter nomes longos; Aconséllase usar pantalóns de neno/nena grande cando se trata de tecnoloxía futurista.

Aínda que o ADN alterado é artificial, ambos os compoñentes de CRISPR ocorren de forma natural. No seu núcleo, aproveita o sistema inmunitario que sustenta todas as células vivas. Considere isto: o sistema inmunitario é extremadamente complexo, especialmente o dun ser humano, pero o 99% das veces, un só virus é incapaz de infectar á mesma persoa en dúas ocasións diferentes.

Isto débese a que as cadeas de ADN viral son almacenadas e "recordadas" dentro das células despois do primeiro encontro. No século XX, os científicos descubriron que certas formas de bacterias intercalan estes fragmentos de ADN entre cadeas curtas e repetidas de pares de bases que tamén son palindrómicas: os CRISPR. Partes do virus agora están incrustadas permanentemente no xenoma das bacterias. E pensaches que eras bo para gardar rancor. 

Imaxina que un bacteriófago (un virus que se dirixe ás bacterias en oposición a organismos pluricelulares, como os humanos) ataca a bacteria Barry pero non o mata. Unha semana despois, Phil the Phage volve para a segunda rolda. Aínda que Barry ve a Phil atracando, non pode enviar glóbulos brancos para golpear a Phil porque non ten ningún. O sistema inmunitario bacteriano usa un enfoque diferente.

Aquí é onde entra en xogo Cas9, a outra metade do sistema CRISPR. Cas9, que significa proteína 9 asociada a CRISPR, escanea o ADN estraño que atopa e verifica se algún coincide co ADN viral que gardou entre os CRISPR. Se é así, Cas9 desencadea unha endonuclease, tamén coñecida como encima de restrición, para cortar o brazo ou o pé de Phil, ou quizais mesmo a cabeza. Sexa cal sexa o segmento, a perda dunha parte tan grande do seu código xenético case sempre fai que o virus sexa incapaz de executar as súas intencións depredadoras.

Os sistemas inmunes humanos gañan batallas contra os virus enviando aos mellores guerreiros microscópicos da evolución para loitar, equipados con descricións incriblemente precisas da aparencia e táctica do inimigo. O enfoque bacteriano é máis parecido a interceptar as instrucións dun comandante aos seus soldados a pé. "Ataca as portas ao amencer" pasa a ser "Ataca o [BLANK] en [BLANK]", e a incursión falla. 

Finalmente, os científicos descubriron que practicamente todos os organismos vivos teñen elementos tanto de CRISPR como de Cas9. Isto pode parecer chocante, pero en realidade é bastante trivial, dado que todo ser vivo descende de bacterias. Nestes organismos, os CRISPR son semellantes a unha biblioteca antiga que unha cidade nunca se molestou en derrubar, e Cas9 é un dos encimas de restrición menos importantes.

Non obstante, están aí, funcionan e, o mellor de todo, resultaron ser moi indiscriminados: os científicos podían alimentarlles con seccións de ADN que non tiñan nada que ver con virus, e CRISPR gravaríaos lealmente e Cas9 facía fielmente incisións. . De súpeto, tivemos as tesoiras de Deus nas nosas mans, e traballaron en practicamente calquera tipo de ADN que probamos: alimentos, animais, enfermidades e humano. 

Aínda que o método está sendo popularizado como "CRISPR", é a combinación de ambos CRISPR e Cas9 a que é tan absurdamente poderosa. Como se mencionou, hai unha serie de encimas de restrición ou tesoiras de ADN descubertos previamente. Non obstante, CRISPR é o primeiro método que os humanos puideron controlar onde cortan as tesoiras cun alto grao de precisión. 

Esencialmente, os CRISPR son segmentos curtos de ADN que serven como marcadores ou como dous sinais que din "Comezar a cortar aquí" e "Deixa de cortar aquí". Cas9 é unha proteína que pode ler CRISPR e liberar un encima para cortar en ambos os espazos marcados polos marcadores.

Que pode facer CRISPR?

Cariño, que non pode CRISPR fai? Existen dúas categorías principais de aplicacións para a tecnoloxía: o material xenético defectuoso que se atopa no cancro pódese substituír por unha secuencia de ADN corrixida para eliminar mutacións nocivas e pódese aplicar para mellorar certos aspectos do fenotipo.

CRISPR é emocionante porque apenas é un neno de idade e, aínda así, xa saltou do laboratorio á clínica. Os autores dun estudo de 2015 que aparecen en Natureza puideron gravar o 48% do material xenético do VIH de células afectadas polo VIH usando CRISPR. Non obstante, cando se trata de cancro, CRISPR xa deu o salto da placa de Petri aos humanos: en xuño, o NIH aprobou o primeiro estudo de células T deseñado a través de CRISPR.

O ensaio céntrase en previr a reaparición do cancro. Como sabe calquera que teña amigos ou familiares que teña loitado contra o cancro (que, por desgraza, é a maioría da xente), ser declarado libre de cancro non equivale a curarse. Durante os próximos cinco ou dez anos, non queda máis remedio que esperar e ver se algún minuto de cancro escapou ao tratamento e agardan a oportunidade de medrar de novo. As células T CRISPR teñen ADN canceroso inserido no seu xenoma, o que lles dá o equivalente ás lentes de hipervisión coas que buscar ao emperador de todas as enfermidades.

O VIH e o cancro son dous dos Goliat máis formidables da medicina patolóxica. E aínda así, comparar CRISPR con David é unha metáfora insuficiente. David era polo menos un adulto, mentres que CRISPR apenas é un neno, e este neno xa está a lanzar tiros a portería contra estes inimigos máis persistentes da humanidade.

Por suposto, a maioría dos humanos non pasan as súas vidas constantemente cambando entre o VIH e o cancro. As enfermidades máis comúns con moita menos complexidade, como arrefriados e gripes, entrarán máis facilmente no control das células T nos esteroides crocantes.

Eliminar o ADN malo é bo, pero é na reparación do ADN defectuoso onde reside realmente o potencial de CRISPR. Unha vez que se corta o ADN no lugar correcto e se elimina a sección mutada, faise bastante sinxelo usar ADN polimerases para fusionar o ADN correcto.

As afeccións xenéticas máis comúns nos Estados Unidos son hemocromatosis (demasiado ferro no sangue), fibrose quística, enfermidade de Huntington e síndrome de Down. As correccións dos segmentos de ADN que causan enfermidades poderían evitar grandes cantidades de sufrimento humano. Ademais, os beneficios económicos serían magníficos: os conservadores fiscais encantaríanse de aforrar os 83 millóns de dólares que o NIH gasta anualmente só en fibrose quística; os liberais terían a oportunidade de reinvestir estas cantidades en benestar social.

Para os que atopan o DoEstadística do aborto da síndrome de wn perturbadoras, as modificacións CRISPR poderían ser un compromiso axeitado, salvando a vida do feto ao tempo que se preserva o dereito da nai a non dar a luz a un fillo con discapacidade grave.

O mundo da biotecnoloxía xa está sendo remachado por CRISPR. Só a industria de alimentos transxénicos xa vale miles de millóns de dólares ao ano con métodos bastante duros en comparación co CRISPR. Empresas transxénicas como Monsanto melloraron unha infinidade de alimentos mediante a inserción de xenes enteiros que promoven a dureza, o tamaño e o sabor doutros alimentos.

Agora, a busca do xene rematou e as empresas de biotecnoloxía poden deseñar o xene perfecto para inserir. É probable que durante as próximas décadas, o Red Delicious teña que ceder a súa supremacía a un produto como o Red Orgasm ou a Red Spiritual Experience.

Implicacións empresariais e políticas

CRISPR tamén ten implicacións disruptivas e democratizadoras. A edición de xenes na década de 2010 foi como as computadoras na década de 1970. Existen, pero son torpes e ridículamente caros. Aínda así, o produto é tan valioso que as empresas o suficientemente grandes como para pagalos obteñen unha enorme vantaxe no mercado.

É por iso que empresas como Monsanto puideron gañar case monopolios no campo dos transxénicos. CRISPR vai facer á enxeñaría xenética o que os ordenadores persoais fixeron co software nos anos 1980; é dicir, mellorar moito a tecnoloxía, á vez que a fai tan barata que as pequenas empresas e os particulares poden aproveitalas. Se es un estudante de bioloxía, un biohacker afeccionado ou un emprendedor, podes mercar un kit CRISPR en internet por uns centos de dólares.

Polo tanto, CRISPR debería poñer moi nerviosos os gigantes da biotecnoloxía como Monsanto. Os millóns de persoas que queren socavar ou competir coa empresa recibiron un puñal.

Algunhas persoas se opoñen a Monsanto porque se opoñen aos transxénicos. A tales voces non se lles dá moito crédito na comunidade científica: os transxénicos considéranse bastante seguros, practicamente todos os comen, e os transxénicos resistentes á seca e que aumentan a colleita que fundamentaron a "revolución verde" en África e na India nos anos 1970 salvaron centos de persoas. de millóns de persoas de fame.

Non obstante, moitos individuos pro-GMO se opoñen a Monsanto debido ás súas prácticas comerciais monopolísticas e aos seus intentos de coaccionar aos agricultores pobres para que utilicen as súas sementes. Antes de CRISPR, pouco podían facer a non ser que tivesen cen millóns de dólares de sobra para lanzar unha empresa de enxeñería xenética. Os seus argumentos máis refinados tendían a ser afogados pola multitude de "Os transxénicos farán caer os dentes e darán autismo aos seus fillos", o que permitiu que Monsanto deslexitimar a súa oposición ao pintalo como pouco científico.

Agora, a accesibilidade relativa de CRISPR permitirá que os transxénicos e o campo da enxeñaría xenética sexan recuperados polos democráticos, polos mozos, pola clase media, por aqueles que cren que a competencia rigorosa entre as empresas produce un progreso máis rápido e unha economía máis saudable. que os monopolios osificados.

Ética e outras cuestións

Os problemas éticos da enxeñaría xenética son potencialmente enormes. Non se pode descartar a posibilidade de deseñar un supervirus que teña transcritos no seu xenoma os pormenores do sistema inmunitario humano. Esta é unha perspectiva inquietante; revertería o paradigma normal, e sería semellante un virus que se vacina contra o sistema inmunitario. Os "bebés de deseño" poderían levar a un rexurdimento da euxenesia e a unha carreira armamentística humana na que as civilizacións están encerradas nunha loita constante para crear os cidadáns máis intelixentes e desapiadados.

Non obstante, estes son problemas coas futuras capacidades da enxeñaría xenética, non coas realidades actuais de CRISPR. Polo momento, ningunha das principais preocupacións éticas pode realizarse, principalmente debido á nosa comprensión limitada da nosa propia bioloxía. CRISPR significa que se tivésemos un modelo para crear o supervirus mencionado, probablemente poderiamos. Non obstante, o noso coñecemento do sistema inmunitario é demasiado limitado como para implementar un virus que poida evitalo.

As preocupacións sobre os bebés de deseño son igualmente exageradas. En primeiro lugar, a combinación da enxeñaría xenética coa eugenesia é perigosa e incorrecta. A euxenia é ciencia do lixo. A eugenesia baséase nos supostos falsos de que trazos como a intelixencia e a forza son principalmente herdables, en oposición ao consenso moderno matizado de que 1) estes trazos están moi mal definidos e 2) derivan dunha interacción complexa do xenoma (non só uns poucos xenes individuais).

A obsesión da maioría dos euxenistas pola promulgación da raza branca demostra que o movemento non é máis que un intento de darlle un verniz pseudocientífico de lexitimidade ás vellas ideas racistas. Despois de todo, a propia "raza" branca é unha construción social, en oposición a unha realidade biolóxica.

Máis importante aínda, os eugenistas defenderon constantemente a promoción de xenes "máis limpos" pola forza. Na América dos anos 1920, isto significou esterilizar a todos, desde os enfermos mentais ata os promiscuos sexualmente, e na Alemaña dos anos 1940, significou a execución de millóns de inocentes. A pesar de que o Terceiro Reich executou á maioría dos esquizofrénicos diagnosticados, a Alemaña moderna non mostra desviación na prominencia da esquizofrenia respecto dos seus veciños.

Dito isto, pintar aos enxeñeiros xenéticos como eugenistas difama o bo nome dos científicos que traballan para mellorar o todo humanos, ademais de brindarlles aos euxenesistas unha oportunidade perfecta para volver a unirse ao invento máis emocionante da ciencia neste momento. Os enxeñeiros de CRISPR non avalan as teorías raciais crackpot, e queren darche máis liberdade, máis elección coa que vivir a túa vida.

Non, CRISPR non levará a que os pais deseñaran a homosexualidade dos seus bebés. O "xene gay" é unha metáfora marabillosa para expresar a idea de que a homosexualidade non é unha opción. Porén, como representación real da realidade, ofrece pouco. A sexualidade humana é unha serie de comportamentos complexos e entrelazados que teñen fundamentos xenéticos e ambientais. O feito de que os pais homófobos non aborten aos nenos que despois resultan ser homosexuais demostra que non existe un "xene gay" o suficientemente sinxelo como para que CRISPR poida cambialo á heterosexualidade.

Do mesmo xeito, o razoamento detrás do medo a unha "explosión de intelixencia embrionaria" a través de CRISPR é defectuoso. A intelixencia humana é a xoia da coroa da Terra, e moi posiblemente de todo o sistema solar. É tan complexo e inspirador que unha gran porcentaxe de humanos cre que as súas orixes son sobrenaturais. O ADN, unha linguaxe de programación biolóxica, si o codifica, pero dun xeito que actualmente está moi alén do noso entendemento. Un mundo onde entendiamos como alterar a nosa intelixencia a través de CRISPR sería un mundo no que soubésemos representar a intelixencia na linguaxe de programación.

Recordar que o ADN é unha linguaxe de programación ofrécenos unha metáfora útil para comprender a brecha entre as capacidades de CRISPR e as necesarias para implementar os temores da xente sobre a enxeñaría xenética. O corpo humano é un programa informático escrito en miles de millóns de liñas de código de par de bases de ADN.

CRISPR ofrécenos a posibilidade de alterar este código. Non obstante, aprender a escribir non o converte nun programador experto. Escribir é, obviamente, un requisito previo para converterse nun programador experto, pero cando un individuo está aínda preto da competencia en programación, xa pasou moito do descubrimento de aprender a escribir.