CRISPR објасни: најмоќните ножици на светот

Светот на генетиката е еднакви ветувања и контроверзии од неговото влегување во јавноста во 20 век. Генетскиот инженеринг, особено, е толку заглавен во заведување и немир што некои го сметаат за црна магија. Истакнати поединци со инаку здрави умови често ја прогласуваат намерната промена на ДНК, особено на човечката ДНК, како етички ерсатц. 

Луѓето користеле генетски инженеринг со милениуми

Ваквите целосни осуди одразуваат свет кој не постоел со милениуми. Најочигледен пример е храната, конкретно од сортата ГМО. Оние масивни, живописни, сочни јаболка Red Delicious кои летаат од полиците на намирниците се отстапување во споредба со нивните претци од пред човечкото тело.

Со вкрстување на специфични сорти на јаболка, луѓето можеа да ги пропагираат гените што доведоа до преферирани фенотипови (физички манифестации). Што е уште поважно, изборот на верзии на основни производи кои се отпорни на суша, како што се житото и оризот, спаси многу голема цивилизација од колапс предизвикан од глад. 

Домашните животни даваат уште поизразен контраст. Волците се жестоки, територијални предатори. Тие се до 180 килограми чист терор со кој малку луѓе би можеле најдобро во дуел. За разлика од тоа, Померанците тежат осум килограми, а секој човек што ќе изгуби во борба со еден не е достоен да го пренесе својот генетски материјал.

Дека еден од најспособните ловци во светот бил сведен на дише, е доказ за љубовната врска на целото човештво со намерно менување на ДНК. Заедничките особини што општеството ги избира меѓу животните вклучуваат послушност, послушност, сила и, се разбира, вкусност. 

Сепак, идејата за промена на човечката ДНК е таа што навистина ги остава вилиците подотворени и браздите во гроздови. Високите идеали на раното американско движење за евгеника обезбедија безбедно засолниште за застапување на расната надмоќ, која се преобрази и достигна застрашувачка кулминација во Третиот Рајх. 

Сепак, намерното одгледување на пожелни гени е вообичаено во либералното општество. Најочигледен пример е абортусот, кој е легален во повеќето западни општества. Невозможно е да се тврди дека луѓето немаат предност за одредени геноми во свет каде што приближно деведесет проценти од фетусите со Даунов синдром се абортирани.

Во Соединетите Американски Држави, судовите го оценија абортусот заснован на генетска основа за уставно право: лекарите кои кријат дека покажуваат генетски нарушувања кај фетусот, плашејќи се дека мајката ќе абортира, се санкционирани.

Намерното менување на ДНК на поединецот не е исто што и олеснување на одредени гени во текот на многу генерации. Дури и некогаш радикалните процеси на создавање ГМО (генетски модифицирани организми) само ви дозволуваат да вметнете постоечки гени во други видови, наспроти дизајнирањето на нови. Сепак, јасно е дека луѓето претпочитаат одредени гени пред други и дека ќе преземат драстични мерки за да ги направат овие гени почести. Првиот нуди само побрз, попрецизен начин за постигнување на целите на вториот. 

Методот за вешто менување на генетскиот материјал одамна го избегнува човештвото поради интензивната сложеност на биохемиските реакции што ја опкружуваат ДНК, како и безначајната палета на алатки кои се ефективни на таков микроскопски размер. Поточно, методот за сечење на ДНК на точни локации за да може да се заменат мали сегменти е неостварлив.

Пробивот од 2015 година го промени сето ова; овој пробив сега им дозволува на луѓето да ја отфрлат оваа долготрајна несоодветност. Светот на можности чека и потенцијалот за преуредување од големи размери на нашите тела, нашата околина, па дури и нашите економии е на палуба. 

CRISPR: Најмоќните ножици во историјата

(Забелешка: ако можете да ги именувате сите главни органели на една клетка и повеќе од три типа на РНК од врвот на вашата глава, веројатно ќе го најдете следново објаснување премногу поедноставено. Ако имате основно разбирање за тоа што се ДНК и РНК, Ова ќе биде објаснување на Goldilocks. Ако не знаете што е РНК, замислете го како постариот брат на ДНК, кој сепак заврши како налог на ДНК.) 

Овој пробив го носи името на CRISPR/CAS9, обично се скратува на само CRISPR. Овој иновативен метод, изговорен како во „Посакувам мојот тост да беше појасен“, е кратенка од Кластерирани редовно меѓупросторни кратки палиндромични повторувања. Дали ова изгледа како залак? Е. Исцицајте го. Така беа „теориите на општата и специјалната релативност“, како и „деоксирибонуклеинската киселина“. Најдобрите откритија често имаат долги имиња; се советува да се носат панталони со големи момче/голема девојка кога се работи со футуристичка технологија.

Иако изменетата ДНК е вештачка, и двете компоненти на CRISPR се јавуваат природно. Во неговото јадро, тој ги користи предностите на имунолошкиот систем кој ги поткрепува сите живи клетки. Размислете за ова: имунолошкиот систем е исклучително сложен, особено оној на човечкото суштество, но 99% од случаите, еден вирус не може да зарази иста личност во два различни прилики.

Тоа е затоа што низите на вирусна ДНК се складираат и „се паметат“ во клетките по првата средба. Во дваесеттиот век, научниците открија дека одредени форми на бактерии ги сместуваат овие ДНК фрагменти помеѓу кратките, повторувачки нишки од базни парови кои се исто така палиндромни: CRISPRs. Делови од вирусот сега се трајно вградени во геномот на бактериите. И мислевте дека ве бива во држење лутина. 

Замислете бактериофаг (вирус кој ги таргетира бактериите за разлика од повеќеклеточните организми, како што се луѓето) ја згрубува бактеријата Бери, но не ја убива. Една недела подоцна, Фил Фагот се враќа во вториот круг. Иако Бери го гледа Фил како го краде, тој не може да испрати бели крвни зрнца да го претепа Фил бидејќи ги нема. Бактерискиот имунолошки систем користи поинаков пристап.

Тука влегува во игра Cas9, другата половина од системот CRISPR. Cas9, што значи протеин 9 поврзан со CRISPR, ја скенира туѓата ДНК со која се среќава и проверува дали некоја од неа се совпаѓа со вирусната ДНК што ја има складирано помеѓу CRISPRs. Ако е така, Cas9 активира ендонуклеаза, позната и како рестриктивен ензим, за да му ја отсече раката или стапалото на Фил, или можеби дури и главата. Без оглед на сегментот, губењето на толку голем дел од нивниот генетски код речиси секогаш го прави вирусот неспособен да ги изврши своите предаторски намери.

Човечкиот имунолошки систем победува во битките против вирусите со испраќање на најдобрите микроскопски воини во еволуцијата да се борат, опремени со неверојатно точни описи на изгледот и тактиката на непријателот. Бактерискиот пристап е повеќе сличен на пресретнување на упатствата на командантот до неговите пешаци. „Напади ги портите во зори“, станува „Напади го [ПРАЗНО] во [ПРАЗНО]“, и упадот пропаѓа. 

На крајот, научниците открија дека практично секој жив организам има елементи и на CRISPR и на Cas9. Ова може да изгледа шокантно, но всушност е сосема тривијално, имајќи предвид дека секое живо суштество потекнува од бактерии. Кај овие организми, CRISPR се слични на старата библиотека која градот никогаш не се мачел да ја урне, а Cas9 е еден од најмалку важните рестриктивни ензими.

Како и да е, тие се таму, работат и најдобро од сè, испаднаа многу недискриминирачки: научниците можеа да ги хранат со делови од ДНК што немаа никаква врска со вируси, а CRISPR лојално ќе ги сними и Cas9 верно ќе направи засеци. . Одеднаш, ги имавме Божјите ножици во нашите раце, и тие работеа на речиси секој тип на ДНК што го пробавме: храна, животно, болести и човековите. 

Иако методот се популаризира како „CRISPR“, комбинацијата на CRISPR и Cas9 е толку апсурдно моќна. Како што споменавме, постојат голем број на претходно откриени рестриктивни ензими или ДНК ножици. Сепак, CRISPR е првиот метод со кој луѓето успеале да контролираат каде сечат ножиците со висок степен на прецизност. 

Во суштина, CRISPR се кратки сегменти од ДНК кои служат како обележувачи или како два знаци кои велат „Почни да сечеш овде“ и „Престани да сечеш овде“. Cas9 е протеин кој може да чита CRISPR и да ослободи ензим за пресекување на двете места означени со обележувачите.

Што може да направи CRISPR?

Мила, што не може Дали CRISPR? Постојат две главни категории на апликации за технологијата: лошиот генетски материјал пронајден во ракот може да се замени со корегирана ДНК секвенца за да се елиминираат штетните мутации и може да се примени за подобрување на одредени аспекти на фенотипот.

CRISPR е возбудлив затоа што е едвај мало дете на возраст, а сепак веќе скокна од лабораторија во клиника. Авторите на студијата од 2015 година се појавуваат во природата можеа да акцизира 48% од генетскиот материјал на ХИВ од клетките погодени од ХИВ користејќи CRISPR. Меѓутоа, кога станува збор за ракот, CRISPR веќе го направи скокот од јадење Петри на луѓето: во јуни, НИХ ја одобри првата студија за Т-клетки дизајнирани преку CRISPR.

Испитувањето се фокусира на спречување на повторување на ракот. Како што знае секој со пријателите или семејството кои се бореле со ракот (кој, за жал, го имаат повеќето луѓе), да се биде прогласен за слободен од рак не е еквивалентно на излекување. Во следните пет до десет години, нема друг избор освен да се почека и да се види дали некои џебови од рак го избегнале лекувањето и чекаат шанса да пораснат. CRISPR Т-клетките имаат канцерогена ДНК вметната во нивниот геном, давајќи им еквивалент на очила за хипервизионирање со кои може да се бара царот на сите болести.

ХИВ и ракот се два од најстрашните Голијати на патолошката медицина. А сепак, споредувањето на CRISPR со Дејвид е недоволна метафора. Дејвид беше барем возрасен, додека CRISPR е едвај мало дете, а ова мало дете веќе шутира кон голот против овие најупорни непријатели на човештвото.

Се разбира, повеќето луѓе не ги поминуваат своите животи постојано тапкајќи се помеѓу ХИВ и ракот. Почестите болести со многу помала сложеност, како што се настинките и грипот, полесно ќе дојдат под дофат на Т-клетките на крцкавите стероиди.

Отстранувањето на лошата ДНК е добро, но потенцијалот на CRISPR навистина лежи во поправката на неисправната ДНК. Откако ДНК ќе се исече на вистинското место и ќе се отстрани мутираниот дел, станува прилично едноставно да се користат ДНК полимерази за да се спои правилната ДНК.

Најчестите генетски неволји во САД се хемохроматоза (премногу железо во крвта), цистична фиброза, Хантингтонова болест и Даунов синдром. Поправките на сегментите на ДНК кои предизвикуваат болести би можеле да спречат огромни количини на човечко страдање. Понатаму, економските придобивки би биле прекрасни: фискалните конзервативци би уживале во заштедата на 83 милиони долари што НИХ ги троши годишно само за цистична фиброза; либералите би имале можност повторно да ги инвестираат овие суми во социјална помош.

За оние кои го наоѓаат DoСтатистика за абортус на wn синдром вознемирувачки, модификациите на CRISPR би можеле да бидат соодветен компромис, спасувајќи го животот на фетусот, а истовремено зачувувајќи го правото на мајката да не роди дете со тешко хендикеп.

Светот на биотехнологијата веќе е привлечен од CRISPR. Само прехранбената индустрија за ГМО веќе вреди милијарди долари годишно со методи кои се прилично груби во споредба со CRISPR. ГМО компаниите како Монсанто подобрија огромен број намирници со вметнување цели гени кои промовираат цврстина, големина и вкус од друга храна.

Сега, ловот на генски чистачи заврши, а биотехнолошките компании можат да дизајнираат совршен ген за вметнување. Веројатно е дека во следните неколку децении, Red Delicious ќе мора да ја предаде својата надмоќ на производ по линијата на Црвениот оргазам или Црвеното духовно искуство.

Деловни и политички импликации

CRISPR, исто така, има и нарушувачки и демократизирачки импликации. Уредувањето на гените во 2010-тите беше како компјутерите во 1970-тите. Тие постојат, но се несмасни и смешно скапи. Сепак, производот е толку вреден што компаниите доволно големи за да си го дозволат добиваат огромна пазарна предност.

Ова е причината зошто компаниите како Монсанто успеаја да стекнат речиси монополи во областа на ГМО. CRISPR ќе го направи на генетскиот инженеринг она што персоналните компјутери му го направија на софтверот во 1980-тите; односно значително да ја подобрите технологијата, истовремено правејќи ја толку евтина што малите бизниси и поединците можат да ги искористат. Без разлика дали сте студент по биологија, аматерски биохакер или почетник претприемач, можете да купите комплет CRISPR на Интернет за неколку стотици долари.

Затоа, CRISPR треба да ги направи многу нервозни биотехнолошките џинови како Монсанто. На милиони луѓе кои сакаат да ја поткопаат или да ја надминат компанијата добија кама.

Некои луѓе се противат на Монсанто затоа што се противат на ГМО. На ваквите гласови не им се дава голема доверба во научната заедница: ГМО се сметаат за сосема безбедни, практично сите ги јадат, а ГМО отпорни на суша/зголемена жетва, кои беа основата на „Зелената револуција“ во Африка и Индија во 1970-тите, спасија стотици на милиони луѓе од глад.

Сепак, многу про-ГМО поединци се противат на Монсанто поради неговите монополски деловни практики и обидите да ги принуди сиромашните земјоделци да ги користат неговите семиња. Пред CRISPR, тие можеа малку да направат освен ако немаа резервни сто милиони долари за да започнат старт-ап за генетско инженерство. Нивните попрефинети аргументи тежнееја да бидат задушени од толпата „ГМО ќе ви паднат забите и ќе предизвикаат аутизам на вашите деца“, дозволувајќи му на Монсанто да го делегитимира своето противење со тоа што го прикажува како ненаучен.

Сега, релативната достапност на CRISPR ќе им овозможи на ГМО и полето на генетскиот инженеринг да бидат повратени од демократски настроените, од младите, од средната класа, од оние кои веруваат дека строгата конкуренција меѓу бизнисите произведува побрз напредок и поздрава економија. отколку осифицираните монополи.

Етика и други прашања

Етичките прашања на генетскиот инженеринг се потенцијално големи. Не може да се отфрли можноста за дизајнирање на супервирус кој ги има ингеренциите на човечкиот имунолошки систем транскрибирани во нивниот геном. Ова е вознемирувачка перспектива; тоа би ја сменило нормалната парадигма и би било слично вирус кој се вакцинира против имунолошкиот систем. „Дизајнерските бебиња“ би можеле да доведат до оживување на евгениката и човечка трка во вооружување во која цивилизациите се заглавени во постојана борба да создадат најинтелигентни, најнемилосрдни граѓани.

Сепак, ова се прашања со идните можности на генетскиот инженеринг, а не со сегашната реалност на CRISPR. Засега, ниту една од главните етички грижи не може да се реализира, главно поради нашето ограничено разбирање на нашата сопствена биологија. CRISPR значи дека ако имавме план за создавање на гореспоменатиот супервирус, веројатно би можеле. Сепак, нашето знаење за имунолошкиот систем е премногу ограничено за да се имплементира вирус кој би можел да го заобиколи.

Грижите за дизајнерските бебиња се слично претерани. Како прво, мешањето на генетскиот инженеринг со евгениката е опасно и погрешно. Евгениката е наука за ѓубрето. Евгениката се потпира на фалсификуваните претпоставки дека особините како што се интелигенцијата и силата главно се наследни, за разлика од нијансираниот модерен консензус дека 1) овие особини се крајно лошо дефинирани и 2) тие произлегуваат од сложената интеракција на геном (не само неколку индивидуални гени).

Опседнатоста на повеќето евгеничари со објавувањето на белата раса покажува дека движењето не е ништо повеќе од обид да се даде псевдонаучен облог на легитимност на старите расистички идеи. На крајот на краиштата, самата бела „раса“ е општествен конструкт, наспроти биолошката реалност.

Уште поважно, евгеничарите постојано се расправаат за промовирање на „почисти“ гени со сила. Во 1920-тите Америка, ова значеше стерилизирање на сите, од ментално изнемоштени до сексуално промискуитетни, а во 1940-тите Германија, значеше егзекуција на милиони невини. И покрај тоа што Третиот Рајх ги егзекутирал повеќето дијагностицирани шизофреници, денешна Германија не покажува отстапување во важноста на шизофренијата од нејзините соседи.

Тоа, рече, сликањето генетски инженери како евгеничари го валка доброто име на научниците кои работат на подобрување на состојбата на сите луѓето, како и давање на евгеничарите совршена можност да се вратат со тоа што ќе се врзат за највозбудливиот изум во науката во моментов. Инженерите на CRISPR не ги поддржуваат расните теории и сакаат да ви дадат повеќе слобода, повеќе избор со кој ќе го живеете животот.

Не, CRISPR нема да доведе до тоа родителите да ја инженерираат хомосексуалноста од нивните бебиња. „Геј генот“ е прекрасно пригодна метафора за изразување на идејата дека хомосексуалноста не е избор. Меѓутоа, како реална претстава на реалноста, таа нуди малку. Човечката сексуалност е серија од сложени, испреплетени однесувања кои имаат и генетска и еколошка основа. Фактот дека хомофобните родители не абортираат деца за кои подоцна ќе се покаже дека се хомосексуалци, докажува дека не постои „геј ген“ доволно едноставен за CRISPR да може да го префрли на хетеросексуалност.

Слично на тоа, образложението зад стравот од „експлозија на интелигенција на ембрионот“ преку CRISPR е погрешно. Човечката интелигенција е круна на Земјата, а веројатно и на целиот Сончев систем. Тоа е толку сложено и инспиративно што голем процент од луѓето веруваат дека неговото потекло е натприродно. ДНК, биолошки програмски јазик, навистина го шифрира, но на начин кој моментално е далеку од нашето разбирање. Светот во кој разбираме како да ја промениме нашата интелигенција преку CRISPR би бил свет во кој знаевме како да ја претставиме интелигенцијата во програмскиот јазик.

Потсетувањето дека ДНК е програмски јазик ни дава корисна метафора за да го разбереме јазот помеѓу можностите на CRISPR и оние потребни за спроведување на стравовите на луѓето за генетскиот инженеринг. Човечкото тело е компјутерска програма напишана во милијарди линии код на базни парови на ДНК.

CRISPR ни дава можност да го измениме овој код. Сепак, учењето како да пишувате не ве прави експерт програмер. Пишувањето е очигледно предуслов за да се стане експерт програмер, но додека поединецот е дури блиску до знаење за програмирање, тој или таа одамна го поминал откритието за учење како да пишува.