CRISPR uitgelegd: 's werelds krachtigste schaar

De wereld van de genetica is zowel belofte als controverse geweest sinds het in de publieke tijdgeest in de 20e eeuw verscheen. Vooral genetische manipulatie is zo verstrikt in verleiding en onbehagen dat het door sommigen als zwarte magie wordt beschouwd. Prominente individuen met een overigens gezonde geest verklaren vaak de opzettelijke wijziging van DNA, met name menselijk DNA, als ethisch ersatz. 

Mensen gebruiken al millennia genetische manipulatie

Dergelijke algemene veroordelingen weerspiegelen een wereld die al millennia niet heeft bestaan. Het meest voor de hand liggende voorbeeld is voedsel, met name van de GGO-variant. Die enorme, levendige, sappige Red Delicious-appels die uit de schappen van de supermarkt vliegen, zijn een afwijking in vergelijking met hun pre-menselijke voorouders.

Door specifieke appelvariëteiten te kruisen, konden mensen de genen vermeerderen die leidden tot voorkeursfenotypes (fysieke manifestaties). Belangrijker is dat het selecteren voor droogteresistente versies van nietjes zoals graan en rijst menige grote beschaving heeft gered van de door honger veroorzaakte ineenstorting. 

Gedomesticeerde dieren zorgen voor een nog schril contrast. Wolven zijn felle, territoriale roofdieren. Ze zijn tot 180 pond pure terreur met wie maar weinig mensen het beste kunnen duelleren. Theekopje Pomeranians daarentegen wegen acht pond kletsnat, en een mens die een gevecht met iemand verliest, is het niet waard om zijn of haar genetisch materiaal door te geven.

Dat een van 's werelds bekwaamste jagers werd gereduceerd tot een ademende pluisbal is een bewijs van de hele liefdesaffaire van de mensheid met het opzettelijk veranderen van DNA. Gemeenschappelijke eigenschappen die de samenleving onder dieren selecteert, zijn volgzaamheid, gehoorzaamheid, kracht en, natuurlijk, smakelijkheid. 

Toch is het het idee van menselijke DNA-verandering dat de kaken echt open laat staan ​​en onderbroeken in bosjes. De verheven idealen van Amerika's vroege eugenetica-beweging vormden een veilige haven voor de pleidooien voor raciale suprematie, die veranderde en een angstaanjagende climax bereikte in het Derde Rijk. 

Niettemin is het doelbewust cultiveren van gewenste genen gemeengoed in de liberale samenleving. Het meest voor de hand liggende voorbeeld is abortus, dat in de meeste westerse samenlevingen legaal is. Het is onmogelijk te beweren dat mensen geen voorkeur hebben voor bepaalde genomen in een wereld waar ongeveer negentig procent van de foetussen met het syndroom van Down wordt geaborteerd.

In de Verenigde Staten hebben rechtbanken genetische abortus als een grondwettelijk recht beschouwd: artsen die het vertonen van genetische aandoeningen bij foetussen verbergen, uit angst dat de moeder zal aborteren, zijn gesanctioneerd.

Het opzettelijk veranderen van het DNA van een individu is niet hetzelfde als het faciliteren van bepaalde genen in de loop van vele generaties. Zelfs de eens zo radicale processen van het creëren van GGO's (genetisch gemodificeerde organismen) stellen je alleen in staat om bestaande genen in andere soorten in te voegen in plaats van nieuwe te ontwerpen. Het is echter duidelijk dat mensen bepaalde genen verkiezen boven andere en drastische maatregelen zullen nemen om deze genen meer algemeen te maken. De eerste biedt alleen een snellere, nauwkeurigere manier om de doelen van de laatste te bereiken. 

Een methode om genetisch materiaal vakkundig te veranderen, is de mensheid al lang ontgaan vanwege de intense complexiteit van de biochemische reacties rond DNA en het schamele scala aan hulpmiddelen die op zo'n microscopische schaal effectief zijn. Met name een methode om DNA op exacte locaties te knippen, zodat kleine segmenten kunnen worden vervangen, was ongrijpbaar.

Een doorbraak in 2015 veranderde dit allemaal; deze doorbraak stelt mensen nu in staat om deze langdurige ontoereikendheid af te werpen. Er wacht een wereld van mogelijkheden en het potentieel voor een grootschalige herordening van ons lichaam, onze omgeving en zelfs onze economieën ligt aan dek. 

CRISPR: De krachtigste schaar in de geschiedenis

(Opmerking: als je alle belangrijke organellen van een cel en meer dan drie soorten RNA uit je hoofd kunt noemen, zul je de volgende uitleg waarschijnlijk te simpel vinden. Als je een basiskennis hebt van wat DNA en RNA zijn, dit zal een uitleg van Goudlokje zijn. Als je niet weet wat RNA is, beschouw het dan als de oudere broer van DNA die niettemin eindigde als de loopjongen van DNA.) 

Deze doorbraak heet CRISPR / CAS9, meestal afgekort tot alleen CRISPR. Deze innovatieve methode, uitgesproken als in "Ik wou dat mijn toast knapperiger was", staat voor Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Lijkt dit een mondvol? Het is. Zuig het op. Dat gold ook voor 'de theorieën van algemene en speciale relativiteit' en 'deoxyribonucleïnezuur'. Baanbrekende ontdekkingen hebben vaak lange namen; het dragen van broeken voor grote jongens/grote meisjes wordt aangeraden als je te maken hebt met futuristische technologie.

Hoewel het veranderde DNA kunstmatig is, komen beide componenten van CRISPR van nature voor. In de kern maakt het gebruik van het immuunsysteem dat alle levende cellen ondersteunt. Bedenk dit: het immuunsysteem is buitengewoon complex, vooral dat van een mens, maar 99% van de tijd kan een enkel virus dezelfde persoon niet bij twee verschillende gelegenheden infecteren.

Dit komt omdat strengen viraal DNA na de eerste ontmoeting in cellen worden opgeslagen en "herinnerd". In de twintigste eeuw ontdekten wetenschappers dat bepaalde vormen van bacteriën deze DNA-fragmenten tussen korte, herhalende strengen van basenparen die ook palindroom zijn ingeklemd: de CRISPR's. Delen van het virus zijn nu permanent ingebed in het genoom van de bacterie. En je dacht dat je goed was in het koesteren van wrok. 

Stel je voor dat een bacteriofaag (een virus dat zich richt op bacteriën in tegenstelling tot meercellige organismen, zoals mensen) Barry Bacteria opschudt, maar hem niet doodt. Een week later komt Phil the Phage terug voor ronde 2. Hoewel Barry ziet dat Phil hem overvalt, kan hij geen witte bloedcellen sturen om Phil in elkaar te slaan omdat hij er geen heeft. Het bacteriële immuunsysteem gebruikt een andere benadering.

Dit is waar Cas9, de andere helft van het CRISPR-systeem, in het spel komt. Cas9, wat staat voor CRISPR-geassocieerd eiwit 9, scant het vreemde DNA dat het tegenkomt en controleert of het overeenkomt met het virale DNA dat het tussen de CRISPR's heeft opgeslagen. Als dat zo is, activeert Cas9 een endonuclease, ook bekend als een restrictie-enzym, om Phil's arm of voet, of misschien zelfs zijn hoofd af te snijden. Wat het segment ook is, het verlies van zo'n groot deel van hun genetische code zorgt ervoor dat het virus bijna altijd niet in staat is zijn roofzuchtige bedoelingen uit te voeren.

Menselijke immuunsystemen winnen gevechten tegen virussen door de beste microscopisch kleine krijgers van de evolutie te sturen om de strijd aan te gaan, uitgerust met ongelooflijk nauwkeurige beschrijvingen van het uiterlijk en de tactiek van de vijand. De bacteriële benadering lijkt meer op het onderscheppen van de instructies van een commandant aan zijn voetvolk. "Val de poorten aan bij zonsopgang," wordt "Val de [BLANK] aan bij [BLANK]," en de inval mislukt. 

Uiteindelijk ontdekten wetenschappers dat vrijwel elk levend organisme elementen van zowel CRISPR als Cas9 heeft. Dit lijkt misschien schokkend, maar het is eigenlijk vrij triviaal, aangezien elk levend wezen afstamt van bacteriën. In deze organismen zijn CRISPR's verwant aan een ouderwetse bibliotheek die een stad nooit heeft afgebroken, en Cas9 is een van de minst belangrijke restrictie-enzymen.

Desalniettemin zijn ze er, ze werken, en het beste van alles, ze bleken erg weinig onderscheidend te zijn: wetenschappers konden ze stukjes DNA voeren die niets met virussen te maken hadden, en CRISPR zou ze loyaal opnemen en Cas9 zou trouw insnijdingen maken . Plots hadden we Gods schaar in onze handen, en ze werkten aan vrijwel elk type DNA dat we probeerden: voedsel, dieren, ziekten en menselijk. 

Hoewel de methode wordt gepopulariseerd als "CRISPR", is het de combinatie van zowel CRISPR's als Cas9 die zo absurd krachtig is. Zoals gezegd zijn er een aantal eerder ontdekte restrictie-enzymen, oftewel DNA-schaartjes. CRISPR is echter de eerste methode die mensen hebben kunnen controleren waar de schaar met een hoge mate van precisie knipt. 

In wezen zijn CRISPR's korte DNA-segmenten die dienen als bladwijzers, of als twee tekens die zeggen: "Begin hier met knippen" en "Stop hier met knippen". Cas9 is een eiwit dat CRISPR's kan lezen en een enzym kan afgeven om te snijden in beide ruimtes die worden gemarkeerd door de bladwijzers.

Wat kan CRISPR doen?

schat, wat? kan niet CRISPR doen? Er zijn twee hoofdcategorieën van toepassingen voor de technologie: slecht genetisch materiaal gevonden bij kanker kan worden vervangen door een gecorrigeerde DNA-sequentie om schadelijke mutaties te elimineren, en het kan worden toegepast om bepaalde fenotype-aspecten te verbeteren.

CRISPR is spannend omdat het nog maar een peuter is en toch al van het laboratorium naar de kliniek is gesprongen. De auteurs van een studie uit 2015 verschenen in: NATUUR waren in staat tot accijnzen 48% van het genetische materiaal van HIV van met HIV getroffen cellen met behulp van CRISPR. Maar als het om kanker gaat, heeft CRISPR de sprong van petrischaaltje naar mens al gemaakt: in juni de NIH keurde de eerste studie goed van T-cellen die zijn ontwikkeld via CRISPR.

De proef richt zich op het voorkomen van herhaling van kanker. Zoals iedereen met vrienden of familie die tegen kanker hebben gevochten (wat helaas de meeste mensen zijn), weet, is kankervrij verklaard niet hetzelfde als genezen. Voor de komende vijf tot tien jaar is er geen andere keuze dan te wachten en te zien of een klein beetje kanker aan de behandeling is ontsnapt en wacht op een kans om terug te groeien. De CRISPR T-cellen hebben kankerachtig DNA ingebracht in hun genoom, waardoor ze het equivalent zijn van een hypervisiebril waarmee ze naar de keizer van alle kwalen kunnen zoeken.

HIV en kanker zijn twee van de meest formidabele Goliaths van de pathologische geneeskunde. En toch is het vergelijken van CRISPR met David een onvoldoende metafoor. David was op zijn minst een volwassene, terwijl CRISPR nauwelijks een peuter is, en deze peuter schiet al op doel tegen deze meest hardnekkige vijanden van de mensheid.

Natuurlijk brengen de meeste mensen hun leven niet constant door met slingeren tussen hiv en kanker. Veel voorkomende ziekten met veel minder complexiteit, zoals verkoudheid en griep, zullen gemakkelijker onder de greep komen van T-cellen op knapperige steroïden.

Het verwijderen van slecht DNA is goed, maar het is in de reparatie van defect DNA dat het potentieel van CRISPR echt ligt. Zodra het DNA op de juiste plaats is gesneden en het gemuteerde gedeelte is verwijderd, wordt het vrij eenvoudig om DNA-polymerasen te gebruiken om het juiste DNA samen te smelten.

De meest voorkomende genetische aandoeningen in de Verenigde Staten zijn hemochromatose (te veel ijzer in het bloed), cystische fibrose, de ziekte van Huntington en het syndroom van Down. Oplossingen voor de ziekteverwekkende segmenten van DNA kunnen enorme hoeveelheden menselijk lijden voorkomen. Bovendien zouden de economische voordelen groots zijn: fiscale conservatieven zouden het heerlijk vinden om de $ 83 miljoen te besparen die de NIH jaarlijks alleen aan cystische fibrose uitgeeft; liberalen zouden de mogelijkheid hebben om deze bedragen opnieuw te investeren in sociale voorzieningen.

Voor degenen die de vinden Down Syndroom abortusstatistiek verontrustend, kunnen CRISPR-aanpassingen een geschikt compromis zijn, waarbij het leven van de foetus wordt gered en tegelijkertijd het recht van de moeder wordt behouden om geen ernstig gehandicapt kind te baren.

De biotechnologische wereld wordt al geklonken door CRISPR. Alleen al de GGO-voedselindustrie is al miljarden dollars per jaar waard met methoden die vrij ruw zijn in vergelijking met CRISPR. GGO-bedrijven zoals Monsanto hebben een groot aantal voedingsmiddelen verbeterd door hele genen in te voegen die de winterhardheid, grootte en smaak van ander voedsel bevorderen.

Nu is de jacht op genen voorbij en kunnen biotechbedrijven het perfecte gen ontwerpen om in te voegen. Waarschijnlijk zal de Red Delicious de komende decennia zijn suprematie moeten prijsgeven aan een product in de trant van het Red Orgasm of de Red Spiritual Experience.

Zakelijke en politieke implicaties

CRISPR heeft ook zowel ontwrichtende als democratiserende implicaties. Genbewerking in de jaren '2010 was als computers in de jaren '1970. Ze bestaan, maar ze zijn onhandig en belachelijk duur. Toch is het product zo waardevol dat de bedrijven die groot genoeg zijn om ze te betalen een enorm marktvoordeel behalen.

Dit is de reden waarom bedrijven als Monsanto bijna-monopolies hebben kunnen verwerven op het gebied van GGO's. CRISPR gaat met genetische manipulatie doen wat pc's in de jaren tachtig met software deden; dat wil zeggen, de technologie enorm verbeteren en tegelijkertijd zo goedkoop maken dat kleine bedrijven en individuen ervan kunnen profiteren. Of je nu biologiestudent, amateur-biohacker of startende ondernemer bent, voor een paar honderd dollar koop je op internet een CRISPR-kit.

Daarom zou CRISPR biotechreuzen zoals Monsanto erg nerveus moeten maken. De miljoenen mensen die het bedrijf willen ondermijnen of wegconcurreren, hebben allemaal een dolk gekregen.

Sommige mensen zijn tegen Monsanto omdat ze tegen ggo's zijn. Dergelijke stemmen krijgen niet veel geloof in de wetenschappelijke gemeenschap: GGO's worden als redelijk veilig beschouwd, vrijwel iedereen eet ze, en de droogteresistente/oogstverhogende GGO's die ten grondslag lagen aan de "Groene Revolutie" in Afrika en India in de jaren zeventig hebben honderden mensen gered. van miljoenen mensen van de hongerdood.

Veel pro-GGO-individuen verzetten zich echter tegen Monsanto vanwege zijn monopolistische handelspraktijken en pogingen om arme boeren te dwingen zijn zaden te gebruiken. Vóór CRISPR konden ze weinig doen, tenzij ze honderd miljoen dollar over hadden om een ​​start-up voor genetische manipulatie te lanceren. Hun meer verfijnde argumenten werden meestal overstemd door de menigte "GGO's zullen ervoor zorgen dat je tanden eruit vallen en je kinderen autisme geven", waardoor Monsanto zijn oppositie kon delegitimeren door het als onwetenschappelijk af te schilderen.

Nu zal de relatieve betaalbaarheid van CRISPR het mogelijk maken dat GGO's en het gebied van genetische manipulatie worden teruggewonnen door democratisch ingestelde mensen, door jongeren, door de middenklasse, door degenen die geloven dat strenge concurrentie tussen bedrijven snellere vooruitgang en een gezondere economie oplevert dan verstarde monopolies.

Ethiek en andere kwesties

De ethische problemen van genetische manipulatie zijn potentieel enorm. De mogelijkheid om een ​​supervirus te ontwerpen dat de ins en outs van het menselijke immuunsysteem in hun genoom heeft getranscribeerd, kan niet worden afgewezen. Dit is een verontrustend vooruitzicht; het zou het normale paradigma omkeren en verwant zijn aan een virus dat wordt ingeënt tegen het immuunsysteem. "Designerbaby's" zouden kunnen leiden tot een heropleving van eugenetica en een menselijke wapenwedloop waarin beschavingen opgesloten zitten in een constante strijd om de meest intelligente, meedogenloze burgers te creëren.

Dit zijn echter problemen met de toekomstige mogelijkheden van genetische manipulatie, niet met de huidige realiteit van CRISPR. Voorlopig kan geen van de belangrijkste ethische zorgen worden gerealiseerd, voornamelijk vanwege ons beperkte begrip van onze eigen biologie. CRISPR betekent dat als we een blauwdruk hadden om het bovengenoemde supervirus te maken, we dat waarschijnlijk zouden kunnen. Onze kennis van het immuunsysteem is echter veel te beperkt om een ​​virus te implementeren dat het zou kunnen omzeilen.

De zorgen over designerbaby's zijn eveneens overdreven. Allereerst is de vermenging van genetische manipulatie met eugenetica gevaarlijk en verkeerd. Eugenetica is afvalwetenschap. Eugenetica vertrouwt op de vervalste veronderstellingen dat eigenschappen zoals intelligentie en kracht voornamelijk erfelijk zijn, in tegenstelling tot de genuanceerde moderne consensus dat 1) deze eigenschappen extreem slecht gedefinieerd zijn, en 2) dat ze voortkomen uit een complexe interactie van de genoom (niet alleen een paar individuele genen).

De obsessie van de meeste eugenetici met de afkondiging van het blanke ras toont aan dat de beweging niets meer is dan een poging om een ​​pseudowetenschappelijk laagje legitimiteit te geven aan oude racistische ideeën. Het blanke 'ras' zelf is immers een sociale constructie, in tegenstelling tot een biologische realiteit.

Wat nog belangrijker is, is dat eugenetici consequent hebben gepleit voor de bevordering van "schonere" genen met geweld. In het Amerika van de jaren twintig betekende dit het steriliseren van iedereen, van geestelijk gehandicapten tot seksueel promiscue, en in het Duitsland van de jaren veertig betekende dit de executie van miljoenen onschuldigen. Ondanks dat het Derde Rijk de meerderheid van de gediagnosticeerde schizofrenen heeft geëxecuteerd, vertoont het moderne Duitsland geen afwijking in de bekendheid van schizofrenie van zijn buren.

Dat gezegd hebbende, het schilderen van genetische ingenieurs als eugenetici besmeurt de goede naam van wetenschappers die werken aan het verbeteren van het lot van allen mensen, en geven eugenetici ook een perfecte kans om een ​​comeback te maken door zich te binden aan de meest opwindende uitvinding in de wetenschap op dit moment. CRISPR-ingenieurs onderschrijven geen idiote raciale theorieën, en ze willen je geven meer vrijheid, meer keuze om je leven mee te leven.

Nee, CRISPR zal er niet toe leiden dat ouders de homoseksualiteit uit hun baby's manipuleren. Het "homo-gen" is een wonderbaarlijk geschikte metafoor om het idee uit te drukken dat homoseksualiteit geen keuze is. Als feitelijke weergave van de werkelijkheid biedt het echter weinig. Menselijke seksualiteit is een reeks complexe, in elkaar grijpende gedragingen die zowel genetische als ecologische grondslagen hebben. Het feit dat homofobe ouders geen kinderen aborteren die later homo blijken te zijn, bewijst dat er geen 'homo-gen' is dat eenvoudig genoeg is voor CRISPR om het om te zetten in heteroseksualiteit.

Evenzo is de redenering achter de angst voor een "explosie van embryo-intelligentie" via CRISPR gebrekkig. Menselijke intelligentie is het kroonjuweel van de aarde en mogelijk van het hele zonnestelsel. Het is zo complex en inspirerend dat een groot percentage van de mensen gelooft dat de oorsprong ervan bovennatuurlijk is. DNA, een biologische programmeertaal, codeert het wel, maar op een manier die ons begrip momenteel ver te boven gaat. Een wereld waarin we begrepen hoe we onze intelligentie via CRISPR konden veranderen, zou een wereld zijn waarin we wisten hoe we intelligentie in programmeertaal moesten weergeven.

Als we eraan herinneren dat DNA een programmeertaal is, hebben we een bruikbare metafoor om de kloof te begrijpen tussen de mogelijkheden van CRISPR en die welke nodig zijn om de angsten van mensen over genetische manipulatie te implementeren. Het menselijk lichaam is een computerprogramma dat is geschreven in miljarden regels DNA-basenpaarcode.

CRISPR geeft ons de mogelijkheid om deze code te wijzigen. Maar leren typen maakt je nog geen ervaren programmeur. Typen is natuurlijk een eerste vereiste om een ​​ervaren programmeur te worden, maar tegen de tijd dat iemand zelfs maar in de buurt komt van programmeervaardigheid, is hij of zij al lang voorbij de ontdekking om te leren typen.