CRISPR paskaidroja: pasaulē jaudīgākās šķēres

Ģenētikas pasaule ir bijusi vienlīdz daudzsološa un pretrunīga kopš tās ienākšanas publiskajā laikmetā 20. gadsimtā. Jo īpaši gēnu inženierija ir tik ļoti iegrimusi vilināšanā un nemierā, ka daži to uzskata par melno maģiju. Ievērojami indivīdi ar citādi veselu prātu bieži pasludina DNS, īpaši cilvēka DNS, apzinātu izmaiņu par ētisku ersacu. 

Cilvēki ir izmantojuši gēnu inženieriju tūkstošiem gadu

Šādi vispārēji nosodījumi atspoguļo pasauli, kas nav pastāvējusi tūkstošiem gadu. Acīmredzamākais piemērs ir pārtika, īpaši ĢMO šķirne. Šie masīvie, dinamiskie, sulīgie Red Delicious āboli, kas izlido no pārtikas preču plauktiem, ir novirze, salīdzinot ar to priekštečiem pirms cilvēka rašanās.

Krustojot noteiktas ābolu šķirnes, cilvēki varēja izplatīt gēnus, kas noveda pie vēlamajiem fenotipiem (fiziskām izpausmēm). Vēl svarīgāk ir tas, ka sausumam izturīgu štāpeļšķiedru versiju, piemēram, graudu un rīsu, izvēle ir izglābusi daudzas lielas civilizācijas no bada izraisīta sabrukuma. 

Mājdzīvnieki nodrošina vēl spilgtāku kontrastu. Vilki ir nikni, teritoriāli plēsēji. Viņi ir līdz pat 180 mārciņām tīra šausmas, ar kuriem tikai daži cilvēki varētu vislabāk piedalīties duelī. Turpretim Pomerānijas tējkarotes sver astoņas mārciņas, un ikviens cilvēks, kurš zaudē vienam cīņā, nav cienīgs nodot tālāk savu ģenētisko materiālu.

Tas, ka viens no pasaules spējīgākajiem medniekiem kļuva par elpojošu pūkainu, liecina par visu cilvēces mīlas dēku ar tīšu DNS izmaiņu. Kopīgās iezīmes, ko sabiedrība izvēlas starp dzīvniekiem, ir paklausība, paklausība, spēks un, protams, garša. 

Tomēr tā ir ideja par cilvēka DNS izmaiņām, kas patiešām atstāj žokļus un ķekarus. Amerikas agrīnās eigēnikas kustības augstie ideāli nodrošināja drošu patvērumu rasu pārākuma aizstāvībai, kas mainījās un sasniedza šausminošu kulmināciju Trešajā Reihā. 

Neskatoties uz to, liberālā sabiedrībā mērķtiecīga vēlamo gēnu kultivēšana ir ierasta lieta. Acīmredzamākais piemērs ir aborts, kas ir likumīgs lielākajā daļā Rietumu sabiedrību. Nav iespējams apgalvot, ka cilvēki nedod priekšroku noteiktiem genomiem pasaulē, kur aptuveni deviņdesmit procenti augļu ar Dauna sindromu tiek abortēti.

Amerikas Savienotajās Valstīs tiesas ir uzskatījušas par konstitucionālām tiesībām ģenētisku abortu veikšanu: ārstiem, kuri slēpj ģenētiskus traucējumus auglim, baidoties, ka māte veiks abortu, ir sodīti.

Apzināti mainīt indivīda DNS nav tas pats, kas veicināt noteiktu gēnu veidošanos daudzu paaudžu laikā. Pat kādreiz radikālie ĢMO (ģenētiski modificētu organismu) radīšanas procesi ļauj tikai ievietot esošos gēnus citās sugās, nevis jaunus. Tomēr ir skaidrs, ka cilvēki dod priekšroku noteiktiem gēniem, nevis citiem, un veiks radikālus pasākumus, lai padarītu šos gēnus izplatītākus. Pirmais piedāvā tikai ātrāku un precīzāku veidu, kā sasniegt otrās mērķus. 

Ģenētiskā materiāla prasmīgas pārveidošanas metode jau sen ir izvairījusies no cilvēces, jo ir ļoti sarežģītas ar DNS saistītās bioķīmiskās reakcijas, kā arī ir niecīgs rīku klāsts, kas ir efektīvi tik mikroskopiskā mērogā. Konkrēti, metode DNS griešanai precīzās vietās, lai varētu aizstāt mazus segmentus, ir bijusi nenotverama.

2015. gada izrāviens to visu mainīja; šis izrāviens tagad ļauj cilvēkiem atbrīvoties no šīs ilgstošās nepilnības. Sagaida iespēju pasaule, un mūsu ķermeņa, apkārtnes un pat mūsu ekonomikas liela mēroga pārkārtošanas potenciāls ir pieejams. 

CRISPR: visspēcīgākās šķēres vēsturē

(Piezīme: ja varat nosaukt visas galvenās šūnas organellas un vairāk nekā trīs RNS veidus no galvas augšdaļas, iespējams, ka šāds skaidrojums ir pārāk vienkāršots. Ja jums ir pamatzināšanas par to, kas ir DNS un RNS, tas būs zeltplaukstas skaidrojums. Ja nezināt, kas ir RNS, uzskatiet to par DNS vecāko brāli, kurš tomēr kļuva par DNS komandieri.) 

Šo izrāvienu sauc par CRISPR/CAS9, parasti saīsināts līdz tikai CRISPR. Šī novatoriskā metode, ko izrunā kā "Es vēlos, lai mans grauzdiņš būtu kraukšķīgāks", ir saīsinājums no Clustered Regularly Interspaced Short palindromic Repeats. Vai tas šķiet kā kumoss? Tas ir. Piesūc to. Tādas bija "vispārējās un īpašās relativitātes teorijas", kā arī "dezoksiribonukleīnskābe". Ceļvežiem atklājumiem bieži ir gari nosaukumi; Strādājot ar futūristiskām tehnoloģijām, ieteicams valkāt lielas zēna/lielas meitenes bikses.

Lai gan izmainītā DNS ir mākslīga, abas CRISPR sastāvdaļas rodas dabiski. Tā pamatā izmanto imūnsistēmas priekšrocības, kas ir visu dzīvo šūnu pamatā. Ņemiet vērā: imūnsistēma ir ārkārtīgi sarežģīta, īpaši cilvēka imūnsistēma, taču 99% gadījumu viens vīruss nespēj inficēt vienu un to pašu cilvēku divos dažādos gadījumos.

Tas ir tāpēc, ka vīrusa DNS virknes tiek glabātas un "atceras" šūnās pēc pirmās tikšanās. Divdesmitajā gadsimtā zinātnieki atklāja, ka noteiktas baktēriju formas ievieto šos DNS fragmentus starp īsiem, atkārtotiem bāzes pāru pavedieniem, kas arī ir palindromiski: CRISPR. Tagad vīrusa daļas ir neatgriezeniski iekļautas baktēriju genomā. Un tu domāji, ka labi spēj turēt ļaunu prātu. 

Iedomājieties, ka bakteriofāgs (vīruss, kura mērķis ir baktērijas, nevis daudzšūnu organismi, piemēram, cilvēki) sagrauj Barija baktērijas, bet nenogalina viņu. Pēc nedēļas Fils Fāgs atgriežas uz 2. raundu. Lai gan Berijs redz, ka Fils viņu apzog, viņš nevar nosūtīt baltās asins šūnas, lai piekautu Filu, jo viņam tādu nav. Baktēriju imūnsistēma izmanto atšķirīgu pieeju.

Šeit tiek izmantota Cas9, CRISPR sistēmas otra puse. Cas9, kas apzīmē ar CRISPR saistīto proteīnu 9, skenē svešās DNS, ar kurām tā saskaras, un pārbauda, ​​vai kāda no tām atbilst vīrusa DNS, ko tā ir glabājusi starp CRISPR. Ja tā, Cas9 iedarbina endonukleāzi, kas pazīstama arī kā restrikcijas enzīms, lai nogrieztu Filam roku vai pēdu, vai varbūt pat galvu. Neatkarīgi no segmenta, tik lielas ģenētiskā koda daļas zaudēšana gandrīz vienmēr padara vīruss nespējīgu izpildīt savus plēsonīgos nodomus.

Cilvēka imūnsistēma uzvar cīņās pret vīrusiem, nosūtot kaujā evolūcijas izcilākos mikroskopiskos karotājus, kas ir aprīkoti ar neticami precīziem ienaidnieka izskata un taktikas aprakstiem. Baktēriju pieeja ir vairāk līdzīga komandiera norādījumu pārtveršanai viņa kājniekiem. “Attack the gates at dawn” kļūst par “Uzbrūk [BLANK] at [BLANK]”, un iebrukums neizdodas. 

Galu galā zinātnieki atklāja, ka praktiski katram dzīvam organismam ir gan CRISPR, gan Cas9 elementi. Tas var šķist šokējoši, taču patiesībā tas ir diezgan triviāli, ņemot vērā, ka katra dzīvā būtne ir cēlusies no baktērijām. Šajos organismos CRISPR ir līdzīgs veco laiku bibliotēkai, kuru pilsēta nekad nav centusies nojaukt, un Cas9 ir viens no vismazāk svarīgajiem restrikcijas enzīmiem.

Neskatoties uz to, viņi ir tur, viņi strādā, un, pats galvenais, tie izrādījās ļoti nediskriminējoši: zinātnieki varēja viņiem ievadīt DNS sadaļas, kurām nebija nekāda sakara ar vīrusiem, un CRISPR tos lojāli reģistrēs, un Cas9 uzticīgi veiks iegriezumus. . Pēkšņi mūsu rokās bija Dieva šķēres, un tās strādāja pie gandrīz jebkura veida DNS, ko mēs izmēģinājām: pārtiku, dzīvniekus, slimības un cilvēka. 

Lai gan šī metode tiek popularizēta kā "CRISPR", tā ir gan CRISPR, gan Cas9 kombinācija, kas ir tik absurdi spēcīga. Kā jau minēts, ir vairāki iepriekš atklāti restrikcijas enzīmi jeb DNS šķēres. Tomēr CRISPR ir pirmā metode, ko cilvēki ir spējuši kontrolēt, kur šķēres griež ar augstu precizitātes pakāpi. 

Būtībā CRISPR ir īsi DNS segmenti, kas kalpo kā grāmatzīmes vai divas zīmes, kas saka: "Sāciet griezt šeit" un "Pārtrauciet griešanu šeit". Cas9 ir olbaltumviela, kas var nolasīt CRISPR un atbrīvot fermentu, lai to sagrieztu abās vietās, kas atzīmētas ar grāmatzīmēm.

Ko CRISPR var darīt?

Mīļā, ko nevar CRISPR darīt? Tehnoloģijai ir divas galvenās pielietojuma kategorijas: ļaundabīgo ģenētisko materiālu, kas atrodams vēzī, var aizstāt ar koriģētu DNS secību, lai novērstu kaitīgas mutācijas, un to var izmantot, lai uzlabotu noteiktus fenotipa aspektus.

CRISPR ir aizraujošs, jo tas ir tikko mazs bērns un tomēr jau ir izlēcis no laboratorijas uz klīniku. 2015. gada pētījuma autori, kas parādās daba varēja akcīzes 48% no HIV ģenētiskā materiāla no HIV skartajām šūnām, izmantojot CRISPR. Tomēr, runājot par vēzi, CRISPR jau ir veicis lēcienu no Petri trauciņa uz cilvēkiem: jūnijā, NIH apstiprināja pirmo pētījumu par T-šūnām, kas izstrādātas, izmantojot CRISPR.

Izmēģinājums ir vērsts uz vēža atkārtošanās novēršanu. Kā zina ikviens, kuram ir draugi vai ģimene, kas ir cīnījušies ar vēzi (diemžēl lielākā daļa cilvēku), pasludināšana par brīvu no vēža nav līdzvērtīga izārstēšanai. Nākamos piecus līdz desmit gadus nav citas izvēles, kā vien gaidīt un redzēt, vai kāda neliela vēža kabata ir izbēgusi no ārstēšanas un gaida iespēju ataugt. CRISPR T-šūnu genomā ir ievietota vēža DNS, kas nodrošina tām līdzvērtīgas hiperredzes aizsargbrillēm, ar kurām var meklēt visu slimību imperatoru.

HIV un vēzis ir divi no visbriesmīgākajiem patoloģiskās medicīnas goliātiem. Un tomēr CRISPR salīdzināšana ar Deividu ir nepietiekama metafora. Deivids bija vismaz pilngadīgs, savukārt CRISPR ir tikko mazs bērns, un šis bērns jau met metienus pa vārtiem pret šiem neatlaidīgākajiem cilvēces ienaidniekiem.

Protams, lielākā daļa cilvēku nepavada savu dzīvi, nepārtraukti līgojot starp HIV un vēzi. Biežākas slimības, kas ir daudz mazāk sarežģītas, piemēram, saaukstēšanās un gripa, vieglāk nonāks T-šūnu uztverē, lietojot kraukšķīgus steroīdus.

Sliktas DNS izgriešana ir laba, taču CRISPR potenciāls patiesi slēpjas bojātas DNS labošanā. Kad DNS ir sagriezta pareizajā vietā un mutācijas daļa noņemta, kļūst diezgan vienkārši izmantot DNS polimerāzes, lai savienotu pareizo DNS.

Visbiežāk sastopamās ģenētiskās ciešanas Amerikas Savienotajās Valstīs ir hemochromatosis (pārāk daudz dzelzs asinīs), cistiskā fibroze, Hantingtona slimība un Dauna sindroms. Slimību izraisošo DNS segmentu labojumi varētu novērst milzīgas cilvēku ciešanas. Turklāt ekonomiskie ieguvumi būtu lieliski: fiskālie konservatīvie priecātos ietaupīt 83 miljonus ASV dolāru, ko NIH ik gadu tērē cistiskās fibrozes ārstēšanai vien; liberāļiem būtu iespēja šīs summas reinvestēt sociālajā labklājībā.

Tiem, kas atrod Down sindroma abortu statistika satraucoši, CRISPR modifikācijas varētu būt piemērots kompromiss, glābjot augļa dzīvību, vienlaikus saglabājot mātes tiesības nedzemdēt bērnu ar smagu invaliditāti.

Biotehnoloģiju pasauli jau ir kniedējusi CRISPR. ĢMO pārtikas rūpniecība vien jau tagad ir vērta miljardiem dolāru gadā, izmantojot metodes, kas ir diezgan rupjas salīdzinājumā ar CRISPR. ĢMO uzņēmumi, piemēram, Monsanto, ir uzlabojuši neskaitāmus pārtikas produktus, ievietojot veselus gēnus, kas veicina citu pārtikas produktu izturību, izmēru un garšu.

Tagad gēnu attīrītāja medības ir beigušās, un biotehnoloģiju uzņēmumi var izstrādāt ideālu gēnu ievietošanai. Visticamāk, ka tuvāko desmitgažu laikā Red Delicious savu pārākumu nāksies nodot produktam, kas atbilst Red Orgasm vai Red Spiritual Experience līnijai.

Uzņēmējdarbības un politiskās sekas

CRISPR ir arī graujošas un demokratizējošas sekas. Gēnu rediģēšana 2010. gados ir bijusi kā datori 1970. gados. Tie pastāv, taču tie ir neveikli un smieklīgi dārgi. Tomēr produkts ir tik vērtīgs, ka pietiekami lieli uzņēmumi, lai tos atļautu, iegūst milzīgas tirgus priekšrocības.

Tāpēc tādi uzņēmumi kā Monsanto ir spējuši iegūt gandrīz monopolus ĢMO jomā. CRISPR gatavojas darīt ar gēnu inženieriju to pašu, ko personālie datori darīja ar programmatūru 1980. gados; tas ir, ievērojami uzlabot tehnoloģiju, vienlaikus padarot to tik lētu, ka mazie uzņēmumi un privātpersonas var tās izmantot. Neatkarīgi no tā, vai esat bioloģijas students, amatieris biohakeris vai iesācējs uzņēmējs, jūs varat iegādāties CRISPR komplektu internetā par dažiem simtiem dolāru.

Tāpēc CRISPR vajadzētu padarīt tādus biotehnoloģiju behemotus kā Monsanto ļoti nervozus. Miljoniem cilvēku, kas vēlas iedragāt vai izkonkurēt uzņēmumu, ir doti dunci.

Daži cilvēki iebilst pret Monsanto, jo viņi ir pret ĢMO. Zinātnieku aprindās šādām balsīm netiek piešķirta liela uzticamība: ĢMO tiek uzskatīti par diezgan drošiem, tos ēd praktiski visi, un sausuma izturīgie/ražu palielinošie ĢMO, kas bija "zaļās revolūcijas" pamatā Āfrikā un Indijā 1970. gados, ir izglābuši simtiem cilvēku. miljoniem cilvēku no bada.

Tomēr daudzi cilvēki, kas atbalsta ĢMO, iebilst pret Monsanto tā monopoliskās uzņēmējdarbības prakses un mēģinājumu piespiest nabadzīgos lauksaimniekus izmantot tās sēklas. Pirms CRISPR viņi neko daudz nevarēja darīt, ja vien viņiem nebija brīvu simts miljonu dolāru, lai uzsāktu gēnu inženierijas uzņēmumu. Viņu rafinētākos argumentus mēdza apslāpēt pūlis "ĢMO liks jūsu zobiem izkrist un bērniem radīs autismu", ļaujot Monsanto deleģitimizēt savu opozīciju, nokrāsojot to kā nezinātnisku.

Tagad CRISPR relatīvā pieejamība ļaus ĢMO un gēnu inženierijas jomu atgūt demokrātiski domājošajiem, jauniešiem, vidusšķirai un tiem, kas uzskata, ka stingra konkurence starp uzņēmumiem rada ātrāku progresu un veselīgāku ekonomiku. nekā to dara pārkaulotie monopoli.

Ētika un citi jautājumi

Gēnu inženierijas ētiskās problēmas ir potenciāli milzīgas. Nevar noraidīt iespēju izveidot supervīrusu, kura genomā ir pārrakstītas cilvēka imūnsistēmas iezīmes. Tā ir satraucoša perspektīva; tas mainītu parasto paradigmu un būtu līdzīgs vīruss, kas tiek vakcinēts pret imūnsistēmu. “Dizaineru mazuļi” varētu izraisīt eigēnikas atdzimšanu un cilvēku bruņošanās sacensību, kurā civilizācijas ir ieslēgtas pastāvīgā cīņā, lai radītu visgudrākos, nežēlīgākos pilsoņus.

Tomēr tie ir jautājumi, kas saistīti ar gēnu inženierijas iespējām nākotnē, nevis ar pašreizējo CRISPR realitāti. Pagaidām nevienu no galvenajām ētiskajām problēmām nevar realizēt, galvenokārt mūsu ierobežotās izpratnes par mūsu pašu bioloģiju dēļ. CRISPR nozīmē, ka, ja mums būtu plāns iepriekšminētā supervīrusa izveidošanai, mēs, iespējams, varētu. Tomēr mūsu zināšanas par imūnsistēmu ir pārāk ierobežotas, lai ieviestu vīrusu, kas to varētu apiet.

Tāpat pārspīlētas ir bažas par dizaineru mazuļiem. Pirmkārt, gēnu inženierijas jaukšana ar eigēniku ir bīstama un nepareiza. Eigēnika ir atkritumu zinātne. Eigēnika balstās uz viltotiem pieņēmumiem, ka tādas pazīmes kā inteliģence un spēks galvenokārt ir pārmantojamas, pretstatā mūsdienu niansētai vienprātībai, ka 1) šīs īpašības ir ārkārtīgi slikti definētas un 2) tās izriet no sarežģītas mijiedarbības starp cilvēkiem. Genoma (ne tikai daži atsevišķi gēni).

Vairuma eigēniķu apsēstība ar baltās rases izplatīšanu liecina, ka kustība nav nekas vairāk kā mēģinājums piešķirt pseidozinātnisku leģitimitātes finieri vecajām rasistiskajām idejām. Galu galā pati baltā "rase" ir sociāla konstrukcija pretstatā bioloģiskajai realitātei.

Vēl svarīgāk ir tas, ka eigēniķi ir konsekventi iestājušies par "tīrāku" gēnu veicināšanu ar spēku. 1920. gadu Amerikā tas nozīmēja ikviena sterilizāciju no garīgi vājiem līdz seksuāli izlaidīgajiem, bet 1940. gadu Vācijā tas nozīmēja miljoniem nevainīgu nāvessodu. Neskatoties uz to, ka Trešais Reihs ir izpildījis nāvessodu lielākajai daļai diagnosticēto šizofrēnijas slimnieku, mūsdienu Vācija neuzrāda nekādas novirzes šizofrēnijas izplatības ziņā no kaimiņvalstīm.

Tomēr gēnu inženieru iekrāsošana par eigēniķiem nosmērē zinātnieku labo vārdu, kas strādā, lai uzlabotu visi cilvēkiem, kā arī dodot eigēniķiem lielisku iespēju atgriezties, piesaistot sevi šobrīd aizraujošākajam izgudrojumam zinātnē. CRISPR inženieri neatbalsta trakas rasu teorijas, un viņi vēlas jums to sniegt vairāk brīvība, vairāk izvēle, ar ko dzīvot savu dzīvi.

Nē, CRISPR nenovedīs pie tā, ka vecāki izstrādās homoseksualitāti no saviem mazuļiem. "geju gēns" ir lieliski piemērota metafora, lai izteiktu domu, ka homoseksualitāte nav izvēle. Tomēr kā faktisks realitātes attēlojums tas piedāvā maz. Cilvēka seksualitāte ir virkne sarežģītu, savstarpēji saistītu uzvedību, kam ir gan ģenētisks, gan vides pamats. Fakts, ka homofobiski vecāki neizdara abortu bērnus, kuri vēlāk izrādās geji, pierāda, ka nav pietiekami vienkārša “geju gēna”, lai CRISPR varētu to pārslēgt uz heteroseksualitāti.

Tāpat pamatojums bailēm no "embriju izlūkošanas sprādziena", izmantojot CRISPR, ir kļūdains. Cilvēka saprāts ir Zemes un, iespējams, visas Saules sistēmas dārgakmens. Tas ir tik sarežģīts un iedvesmojošs, ka liela daļa cilvēku uzskata, ka tā izcelsme ir pārdabiska. DNS, bioloģiskā programmēšanas valoda, to kodē, taču tādā veidā, kas pašlaik ir tālu ārpus mūsu izpratnes. Pasaule, kurā mēs sapratām, kā mainīt savu inteliģenci, izmantojot CRISPR, būtu pasaule, kurā mēs zinātu, kā attēlot intelektu programmēšanas valodā.

Atgādinot, ka DNS ir programmēšanas valoda, mēs iegūstam noderīgu metaforu, lai saprastu plaisu starp CRISPR iespējām un tām, kas nepieciešamas, lai īstenotu cilvēku bailes no gēnu inženierijas. Cilvēka ķermenis ir datorprogramma, kas rakstīta miljardos DNS bāzes pāra koda rindiņu.

CRISPR sniedz mums iespēju mainīt šo kodu. Tomēr mācīšanās rakstīt nepadara jūs par programmētāju. Mašīnrakstīšana acīmredzami ir priekšnoteikums, lai kļūtu par programmētāju, taču līdz brīdim, kad cilvēks ir pat tuvu programmēšanas prasmēm, viņš vai viņa jau sen ir iemācījies rakstīt.