CRISPR paaiškino: galingiausios pasaulyje žirklės

Genetikos pasaulis buvo lygiai tiek žadantis, tiek prieštaringas nuo tada, kai jis įžengė į viešumą XX amžiuje. Visų pirma genų inžinerija buvo taip įnikta į viliojimą ir nerimą, kad kai kurie ją laiko juodąja magija. Žymūs, kitaip sveiko proto asmenys, tyčinį DNR, ypač žmogaus DNR, pakeitimą dažnai skelbia etiškai ersatz. 

Žmonės genų inžineriją naudojo tūkstantmečius

Tokie visuotiniai pasmerkimai atspindi pasaulį, kurio nebuvo tūkstantmečius. Ryškiausias pavyzdys yra maistas, ypač GMO. Tie masyvūs, gyvybingi, sultingi „Red Delicious“ obuoliai, kurie iškrenta iš bakalėjos lentynų, yra nukrypimas, palyginti su jų protėviais iki žmogaus.

Kryžmindami konkrečias obuolių veisles, žmonės galėjo dauginti genus, kurie lėmė pageidaujamus fenotipus (fizines apraiškas). Dar svarbiau, kad sausrai atsparių pagrindinių produktų, tokių kaip grūdai ir ryžiai, versijų parinkimas išgelbėjo daugelį puikių civilizacijų nuo bado sukelto žlugimo. 

Naminiai gyvūnai suteikia dar ryškesnį kontrastą. Vilkai yra nuožmūs, teritoriniai plėšrūnai. Jie sveria iki 180 svarų gryno siaubo, su kuriais tik nedaugelis žmonių galėtų geriausiai dvikovoje. Arbatos puodelis Pomeranijos, priešingai, sveria aštuonis kilogramus, o bet kuris žmogus, kuris pralaimi kovą, nėra vertas perduoti savo genetinę medžiagą.

Tai, kad vienas iš pajėgiausių pasaulio medžiotojų buvo paverstas kvėpuojančiu pūkeliu, liudija apie visą žmonijos meilės romaną tyčia keičiant DNR. Bendrieji bruožai, kuriuos visuomenė pasirenka tarp gyvūnų, yra paklusnumas, paklusnumas, jėga ir, žinoma, skoningumas. 

Tačiau tai yra žmogaus DNR pakitimo idėja, kuri iš tikrųjų palieka žandikaulius ir kekes. Aukštieji Amerikos ankstyvojo eugenikos judėjimo idealai suteikė saugų prieglobstį rasinės viršenybės propagavimui, kuris pasikeitė ir pasiekė siaubingą kulminaciją Trečiajame Reiche. 

Nepaisant to, kryptingas pageidaujamų genų auginimas liberalioje visuomenėje yra įprastas dalykas. Ryškiausias pavyzdys yra abortas, kuris yra legalus daugumoje Vakarų visuomenių. Neįmanoma teigti, kad žmonės nemėgsta tam tikrų genomų pasaulyje, kuriame maždaug devyniasdešimt procentų Dauno sindromu sergančių vaisių yra abortuojami.

Jungtinėse Valstijose teismai pripažino, kad abortas dėl genetinių priežasčių yra konstitucinė teisė: gydytojams, kurie slepia vaisiaus genetinius sutrikimus, bijodami, kad motina gali nutraukti abortą, buvo nubausti.

Sąmoningas individo DNR pakeitimas nėra tas pats, kas palengvinti tam tikrus genus per daugelį kartų. Netgi kadaise radikalūs GMO (genetiškai modifikuotų organizmų) kūrimo procesai leidžia tik įterpti esamus genus į kitas rūšis, o ne kurti naujus. Tačiau akivaizdu, kad žmonės teikia pirmenybę tam tikriems genams, o ne kitiems, ir imsis drastiškų priemonių, kad šie genai būtų labiau paplitę. Pirmoji tik siūlo greitesnį ir tikslesnį būdą pasiekti pastarojo tikslus. 

Sumanaus genetinės medžiagos keitimo metodo žmonija jau seniai vengė dėl intensyvaus DNR supančių biocheminių reakcijų sudėtingumo, taip pat dėl ​​menkos įrankių, kurie yra veiksmingi tokiu mikroskopiniu mastu, spektro. Tiksliau, DNR pjaustymo tiksliose vietose metodas, kad būtų galima pakeisti mažus segmentus, buvo sunkiai suprantamas.

2015-ųjų proveržis visa tai pakeitė; Šis proveržis dabar leidžia žmonėms atsikratyti šio ilgalaikio nepakankamumo. Laukia daugybės galimybių pasaulis, o mūsų kūnų, aplinkos ir net ekonomikos pertvarkymo potencialas yra ant denio. 

CRISPR: galingiausios žirklės istorijoje

(Pastaba: jei galite įvardyti visas pagrindines ląstelės organeles ir daugiau nei tris RNR tipus nuo galvos viršaus, greičiausiai šis paaiškinimas bus pernelyg supaprastintas. Jei turite pagrindinį supratimą apie tai, kas yra DNR ir RNR, tai bus auksaplaukės paaiškinimas. Jei nežinote, kas yra RNR, galvokite apie tai kaip apie vyresnįjį DNR brolį, kuris vis dėlto tapo DNR pavedimu.) 

Šis proveržis vadinasi CRISPR / CAS9, paprastai sutrumpinamas iki tiesiog CRISPR. Šis novatoriškas metodas, tariamas kaip „Norėčiau, kad mano skrebučiai būtų traškesni“, yra trumpas Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Ar tai atrodo kaip gurkšnis? Tai yra. Nusiurbk. Taip pat buvo „bendrosios ir specialiosios reliatyvumo teorijos“, taip pat „dezoksiribonukleino rūgštis“. Pagrindiniai atradimai dažnai turi ilgus pavadinimus; Kalbant apie futuristines technologijas, patartina dėvėti didelių berniukų / didelių mergaičių kelnes.

Nors pakeista DNR yra dirbtinė, abu CRISPR komponentai atsiranda natūraliai. Iš esmės jis naudojasi imunine sistema, kuri palaiko visas gyvas ląsteles. Apsvarstykite tai: imuninė sistema yra labai sudėtinga, ypač žmogaus, tačiau 99% atvejų vienas virusas negali užkrėsti to paties žmogaus dviem skirtingais atvejais.

Taip yra todėl, kad viruso DNR grandinės yra saugomos ir „prisimenamos“ ląstelėse po pirmojo susidūrimo. Dvidešimtajame amžiuje mokslininkai išsiaiškino, kad tam tikros bakterijų formos šiuos DNR fragmentus sujungia tarp trumpų, pasikartojančių bazinių porų, kurios taip pat yra palindrominės, grandinės: CRISPR. Dabar kai kurios viruso dalys yra visam laikui įterptos į bakterijų genomą. Ir jūs manėte, kad gerai išlaikote pyktį. 

Įsivaizduokite, kad bakteriofagas (virusas, nukreiptas į bakterijas, o ne į daugialąsčius organizmus, tokius kaip žmonės) sugadina Barry bakterijas, bet jo nenužudo. Po savaitės Philas Fagas grįžta į 2 raundą. Nors Baris mato, kad Philas jį plėšia, jis negali siųsti baltųjų kraujo kūnelių, kad sumuštų Philą, nes jis jų neturi. Bakterinė imuninė sistema taiko kitokį požiūrį.

Čia pasirodo Cas9, kita CRISPR sistemos pusė. Cas9, kuris reiškia su CRISPR susijusį baltymą 9, nuskaito svetimą DNR, su kuria susiduria, ir patikrina, ar kuri nors iš jų atitinka viruso DNR, kurią ji saugo tarp CRISPR. Jei taip, Cas9 suaktyvina endonukleazę, dar žinomą kaip restrikcijos fermentas, kad nupjautų Philo ranką, pėdą, o gal net galvą. Kad ir koks būtų segmentas, praradus tokią didelę jų genetinio kodo dalį, virusas beveik visada negali įvykdyti savo grobuoniškų ketinimų.

Žmogaus imuninė sistema laimi kovas su virusais, siųsdama į mūšį geriausius evoliucijos mikroskopinius karius su neįtikėtinai tiksliais priešo išvaizdos ir taktikos aprašymais. Bakterinis požiūris labiau panašus į vado nurodymų perėmimą jo pėstiesiems. „Attack the gates at dawn“ tampa „Attack the [BLANK] at [BLANK]“, ir įsiveržimas nepavyksta. 

Galiausiai mokslininkai išsiaiškino, kad beveik kiekvienas gyvas organizmas turi ir CRISPR, ir Cas9 elementų. Tai gali atrodyti šokiruojanti, bet iš tikrųjų tai gana nereikšminga, nes kiekvienas gyvas daiktas yra kilęs iš bakterijų. Šiuose organizmuose CRISPR yra panašūs į senų laikų biblioteką, kurios miestas niekada nesivargino sugriauti, o Cas9 yra vienas mažiausiai svarbių restrikcijos fermentų.

Nepaisant to, jie ten yra, dirba, o geriausia, kad pasirodė labai nediskriminuojantys: mokslininkai galėjo maitinti juos DNR dalimis, neturinčiomis nieko bendro su virusais, o CRISPR lojaliai juos įrašys, o Cas9 ištikimai darys pjūvius. . Staiga mūsų rankose buvo Dievo žirklės ir jos veikė beveik bet kokio tipo DNR, kurią bandėme: maistą, gyvūną, ligas ir žmogaus. 

Nors metodas populiarinamas kaip „CRISPR“, būtent CRISPR ir Cas9 derinys yra toks absurdiškai galingas. Kaip minėta, yra nemažai anksčiau atrastų restrikcijos fermentų arba DNR žirklių. Tačiau CRISPR yra pirmasis metodas, kurį žmonės galėjo kontroliuoti, kur žirklės pjauna labai tiksliai. 

Iš esmės CRISPR yra trumpi DNR segmentai, naudojami kaip žymės arba du ženklai, kurie sako „Pradėti pjauti čia“ ir „Stop pjaustyti čia“. Cas9 yra baltymas, galintis nuskaityti CRISPR ir išleisti fermentą, kad būtų sumažintas abiejose žymėmis pažymėtose vietose.

Ką gali padaryti CRISPR?

Mieloji, ką negali Ar daro CRISPR? Egzistuoja dvi pagrindinės technologijos taikymo kategorijos: bloga genetinė medžiaga, randama sergant vėžiu, gali būti pakeista pakoreguota DNR seka, kad būtų pašalintos kenksmingos mutacijos, ir ji gali būti taikoma siekiant pagerinti tam tikrus fenotipo aspektus.

CRISPR yra įdomus, nes jis dar tik mažas vaikas, bet jau iššoko iš laboratorijos į kliniką. Pasirodžiusio 2015 m Gamta Mes galime akcizo 48% ŽIV genetinės medžiagos iš ŽIV paveiktų ląstelių naudojant CRISPR. Tačiau, kalbant apie vėžį, CRISPR jau padarė šuolį nuo Petri lėkštelės prie žmonių: birželio mėn. NIH patvirtino pirmąjį T ląstelių tyrimą, sukurtą naudojant CRISPR.

Tyrimas skirtas vėžio pasikartojimo prevencijai. Kaip žino visi, turintys draugų ar šeimos narių, kurie kovojo su vėžiu (deja, dauguma žmonių), paskelbti, kad nėra vėžio, nėra tolygu išsigydyti. Per ateinančius penkerius ar dešimt metų neliks kito pasirinkimo, kaip tik laukti ir pažiūrėti, ar vėžys išvengė gydymo ir laukia progos ataugti. CRISPR T ląstelėse į genomą įterpta vėžinė DNR, todėl jos yra lygiavertės hipermato akiniams, su kuriais galima ieškoti visų ligų imperatoriaus.

ŽIV ir vėžys yra du baisiausi patologinės medicinos goliatai. Ir vis dėlto lyginti CRISPR su Davidu yra nepakankama metafora. Deividas buvo bent jau suaugęs, o CRISPR yra vos mažas vaikas, ir šis mažylis jau meta smūgius į vartus prieš šiuos atkakliausius žmonijos priešus.

Žinoma, dauguma žmonių nepraleidžia savo gyvenimo nuolat svyruodami tarp ŽIV ir vėžio. Dažnesnės ir daug mažiau sudėtingos ligos, tokios kaip peršalimas ir gripas, lengviau pateks į traškių steroidų T-ląsteles.

Blogos DNR pašalinimas yra gerai, tačiau CRISPR potencialas iš tikrųjų slypi sugedusios DNR taisyme. Kai DNR nupjaunama reikiamoje vietoje ir pašalinama mutavusi dalis, tampa gana paprasta naudoti DNR polimerazes norint sujungti tinkamą DNR.

Dažniausios genetinės bėdos JAV yra hemochromatozė (per daug geležies kraujyje), cistine fibroze, Hantingtono liga ir Dauno sindromu. Pataisę ligas sukeliančius DNR segmentus, būtų galima išvengti didžiulių žmonių kančių. Be to, ekonominė nauda būtų didžiulė: fiskaliniai konservatoriai džiaugtųsi sutaupę 83 mln. USD, kuriuos NIH kasmet išleidžia vien cistinei fibrozei gydyti; liberalai turėtų galimybę šias sumas reinvestuoti į socialinę gerovę.

Tiems, kurie randa Down sindromo abortų statistika nerimą keliančios, CRISPR modifikacijos galėtų būti tinkamas kompromisas, gelbstintis vaisiaus gyvybę, kartu išsaugant motinos teisę negimdyti sunkios negalios vaiko.

Biotechnologijų pasaulį jau prikausto CRISPR. Vien GMO maisto pramonė jau yra verta milijardų dolerių per metus, naudojant metodus, kurie yra gana grubūs, palyginti su CRISPR. GMO kompanijos, tokios kaip Monsanto, patobulino daugybę maisto produktų, įterpdamos ištisus genus, kurie skatina kitų maisto produktų atsparumą, dydį ir skonį.

Dabar genų šalinimo medžioklė baigėsi, o biotechnologijų įmonės gali sukurti tobulą geną, kurį reikia įterpti. Tikėtina, kad per ateinančius kelis dešimtmečius „Red Delicious“ turės atiduoti savo viršenybę produktui, panašiam į „Raudonojo orgazmo“ ar „Red Spiritual Experience“ pavyzdį.

Verslo ir politinės pasekmės

CRISPR taip pat turi žlugdančių ir demokratizuojančių pasekmių. Genų redagavimas 2010-aisiais buvo kaip kompiuteriai aštuntajame dešimtmetyje. Jie egzistuoja, bet yra gremėzdiški ir juokingai brangūs. Vis dėlto produktas yra toks vertingas, kad pakankamai didelės įmonės, kad galėtų sau leisti, įgyja didžiulį rinkos pranašumą.

Štai kodėl tokios įmonės kaip „Monsanto“ sugebėjo įgyti beveik monopoliją GMO srityje. CRISPR ketina daryti genų inžineriją taip, kaip asmeniniai kompiuteriai padarė programinei įrangai devintajame dešimtmetyje; y., labai patobulinti technologiją ir padaryti ją taip pigią, kad mažos įmonės ir asmenys galėtų jomis pasinaudoti. Nesvarbu, ar esate biologijos studentas, biohakeris mėgėjas ar pradedantis verslininkas, CRISPR rinkinį galite nusipirkti internete už kelis šimtus dolerių.

Todėl CRISPR turėtų labai sunerimti biotechnologijų behemotus, tokius kaip Monsanto. Milijonams žmonių, norinčių pakenkti arba nukonkuruoti įmonę, buvo suteiktas durklas.

Kai kurie žmonės priešinasi Monsanto, nes jie priešinasi GMO. Tokie balsai mokslinėje bendruomenėje nesuteikia didelio pasitikėjimo: GMO laikomi gana saugiais, juos valgo praktiškai visi, o sausrai atsparūs / derlių didinantys GMO, kuriais buvo paremta „Žalioji revoliucija“ Afrikoje ir Indijoje aštuntajame dešimtmetyje, išgelbėjo šimtus žmonių. milijonai žmonių nuo bado.

Tačiau daugelis GMO palaikančių asmenų prieštarauja Monsanto dėl jos monopolinės verslo praktikos ir bandymų priversti neturtingus ūkininkus naudoti jos sėklas. Prieš CRISPR jie mažai ką galėjo padaryti, nebent turėjo šimtą milijonų dolerių, kad galėtų pradėti genų inžinerijos verslą. Jų rafinuotus argumentus dažniausiai nustelbdavo minia „nuo GMO iškris dantys ir sukels jūsų vaikams autizmą“, o tai leidžia „Monsanto“ delegitimizuoti savo opoziciją ir nuspalvinti ją kaip nemokslišką.

Dabar santykinis CRISPR įperkamumas leis GMO ir genų inžinerijos sritį susigrąžinti demokratiškai nusiteikusiems žmonėms, jauniems žmonėms, viduriniajai klasei ir tiems, kurie tiki, kad griežta įmonių konkurencija skatina greitesnę pažangą ir sveikesnę ekonomiką. nei sukaulėjusios monopolijos.

Etika ir kiti klausimai

Etinės genų inžinerijos problemos gali būti didžiulės. Negalima atmesti galimybės sukurti supervirusą, kurio genome būtų transkribuotos žmogaus imuninės sistemos ypatybės. Tai nerimą kelianti perspektyva; tai pakeistų įprastą paradigmą ir būtų panaši į virusas, paskiepytas nuo imuninės sistemos. „Kūdikiai dizaineriai“ gali paskatinti eugenikos atgimimą ir žmonių ginklavimosi varžybas, kuriose civilizacijos nuolat kovoja, kad sukurtų protingiausius, negailestingiausius piliečius.

Tačiau tai susiję su būsimomis genų inžinerijos galimybėmis, o ne su dabartine CRISPR realybe. Kol kas nė vienas iš pagrindinių etinių problemų negali būti įgyvendintas, daugiausia dėl to, kad mūsų pačių biologija yra ribota. CRISPR reiškia, kad jei turėtume planą sukurti pirmiau minėtą supervirusą, tikriausiai galėtume. Tačiau mūsų žinios apie imuninę sistemą yra per ribotos, kad galėtume įdiegti virusą, kuris galėtų ją apeiti.

Panašiai išpūsti rūpesčiai dėl dizainerių kūdikių. Visų pirma, genų inžinerijos maišymas su eugenika yra pavojingas ir neteisingas. Eugenika yra šiukšlių mokslas. Eugenika remiasi klaidingomis prielaidomis, kad tokie bruožai kaip intelektas ir jėga yra daugiausia paveldimi, priešingai nei niuansuotas šiuolaikinis sutarimas, kad 1) šie bruožai yra labai blogai apibrėžti ir 2) jie atsiranda dėl sudėtingos genomas (ne tik keli atskiri genai).

Daugumos eugenikų manija skelbti baltąją rasę rodo, kad judėjimas yra ne kas kita, kaip bandymas suteikti senoms rasistinėms idėjoms pseudomokslinį teisėtumo sluoksnį. Juk pati baltoji „rasė“ yra socialinis konstruktas, priešingai nei biologinė tikrovė.

Dar svarbiau, kad eugenikai nuosekliai pasisakė už „švaresnių“ genų skatinimą jėga. 1920-ųjų Amerikoje tai reiškė visų sterilizavimą – nuo ​​psichikos negalios iki seksualiai išsižadėjusių, o 1940-ųjų Vokietijoje tai reiškė mirties bausmę milijonams nekaltų žmonių. Nepaisant to, kad Trečiasis Reichas įvykdė mirties bausmę daugumai diagnozuotų šizofrenikų, šiuolaikinėje Vokietijoje šizofrenijos žinomumas nenukrypsta nuo savo kaimynų.

Tačiau genetinių inžinierių tapimas eugenikais sumenkina gerą mokslininkų, kurie siekia pagerinti visi žmonėms, taip pat suteikiant eugenikams puikią galimybę sugrįžti, prisirišant prie šiuo metu įdomiausio mokslo išradimo. CRISPR inžinieriai nepritaria niūrioms rasinėms teorijoms ir nori jums pateikti daugiau laisvė, daugiau pasirinkimas, su kuriuo gyventi savo gyvenimą.

Ne, CRISPR neprivers tėvų sukurti homoseksualumo iš savo kūdikių. „Gėjaus genas“ yra nuostabiai tinkama metafora išreikšti mintį, kad homoseksualumas nėra pasirinkimas. Tačiau, kaip tikras tikrovės vaizdas, jis mažai ką siūlo. Žmogaus seksualumas yra sudėtingų, tarpusavyje susijusių elgesio būdų, turinčių genetinį ir aplinkos pagrindą, serija. Tai, kad homofobiški tėvai neatitraukia vaikų, kurie vėliau pasirodo esą gėjai, įrodo, kad nėra pakankamai paprasto „gėjų geno“, kad CRISPR galėtų jį pakeisti į heteroseksualumą.

Panašiai ir „embriono intelekto sprogimo“ baimės per CRISPR argumentai yra klaidingi. Žmogaus intelektas yra Žemės ir, greičiausiai, visos Saulės sistemos karūnos brangakmenis. Tai tokia sudėtinga ir įkvepianti, kad didelė dalis žmonių mano, kad jos kilmė yra antgamtinė. DNR, biologinė programavimo kalba, ją užkoduoja, tačiau tokiu būdu, kurio šiuo metu mes nesuprantame. Pasaulis, kuriame mes supratome, kaip pakeisti savo intelektą per CRISPR, būtų pasaulis, kuriame žinotume, kaip pateikti intelektą programavimo kalba.

Prisiminus, kad DNR yra programavimo kalba, gauname naudingą metaforą suprasti atotrūkį tarp CRISPR galimybių ir tų, kurių reikia norint įgyvendinti žmonių baimes dėl genų inžinerijos. Žmogaus kūnas yra kompiuterinė programa, parašyta milijardais DNR bazinių porų kodo eilučių.

CRISPR suteikia mums galimybę pakeisti šį kodą. Tačiau išmokus spausdinti tekstą, nesate patyręs programuotojas. Akivaizdu, kad spausdinimas yra būtina sąlyga norint tapti profesionaliu programuotoju, tačiau kai asmuo yra net priartėjęs prie programavimo įgūdžių, jis ar ji jau seniai išmoko spausdinti.