CRISPR wyjaśnił: najpotężniejsze nożyce na świecie

Świat genetyki był w równym stopniu obiecujący i kontrowersyjny od czasu jego wejścia do publicznego ducha czasu w XX wieku. W szczególności inżynieria genetyczna była tak pogrążona w uwodzeniu i niepokoju, że niektórzy uznali ją za czarną magię. Wybitne osoby o zdrowych skądinąd umysłach często deklarują celową zmianę DNA, szczególnie ludzkiego DNA, jako etycznie namiastkę. 

Ludzie od tysiącleci stosują inżynierię genetyczną

Takie ogólne potępienia odzwierciedlają świat, który nie istniał od tysiącleci. Najbardziej oczywistym przykładem jest żywność, a konkretnie odmiana GMO. Te masywne, żywe, soczyste jabłka Red Delicious, które zlatują z półek spożywczych, są aberracją w porównaniu z ich przedludzkimi przodkami.

Krzyżując określone odmiany jabłek, ludzie byli w stanie propagować geny, które doprowadziły do ​​preferowanych fenotypów (objawów fizycznych). Co ważniejsze, wybór odmian podstawowych, takich jak zboże i ryż, odpornych na suszę, uratował wiele wspaniałych cywilizacji przed upadkiem spowodowanym głodem. 

Zwierzęta domowe zapewniają jeszcze bardziej jaskrawy kontrast. Wilki to zaciekłe, terytorialne drapieżniki. Są do 180 funtów czystego terroru, z którymi niewielu ludzi może najlepiej w pojedynku. Natomiast Pomorzanie w filiżance ważą osiem funtów przemoczone, a każdy człowiek, który przegrywa walkę z jednym, nie jest godny przekazania swojego materiału genetycznego.

To, że jeden z najzdolniejszych łowców świata został zredukowany do postaci oddychającej kuli puchu, jest świadectwem miłosnego romansu całej ludzkości z celową zmianą DNA. Wspólne cechy wybierane przez społeczeństwo wśród zwierząt to uległość, posłuszeństwo, siła i oczywiście smakowitość. 

Jednak to idea modyfikacji ludzkiego DNA sprawia, że ​​szczęki są rozwarte, a majtki w pęczkach. Wzniosłe ideały wczesnego ruchu eugeniki w Ameryce stanowiły bezpieczną przystań dla propagowania supremacji rasowej, która przekształciła się i osiągnęła przerażający punkt kulminacyjny w Trzeciej Rzeszy. 

Niemniej jednak celowe kultywowanie pożądanych genów jest powszechne w liberalnym społeczeństwie. Najbardziej oczywistym przykładem jest aborcja, która jest legalna w większości społeczeństw zachodnich. Nie można twierdzić, że ludzie nie preferują pewnych genomów w świecie, w którym około dziewięćdziesiąt procent płodów z zespołem Downa ulega aborcji.

W Stanach Zjednoczonych sądy uznały aborcję genetyczną za prawo konstytucyjne: lekarze, którzy ukrywają się z zaburzeniami genetycznymi u płodów, obawiając się, że matka dokona aborcji, zostali ukarani.

Celowa zmiana DNA jednostki to nie to samo, co ułatwienie pewnych genów w ciągu wielu pokoleń. Nawet radykalne niegdyś procesy tworzenia GMO (organizmów zmodyfikowanych genetycznie) pozwalają jedynie na wprowadzenie istniejących genów do innych gatunków, w przeciwieństwie do projektowania nowych. Jest jednak jasne, że ludzie wolą niektóre geny od innych i podejmą drastyczne środki, aby te geny były bardziej powszechne. Ten pierwszy oferuje jedynie szybszy i bardziej precyzyjny sposób realizacji celów drugiego. 

Metoda umiejętnego modyfikowania materiału genetycznego od dawna omija ludzkość ze względu na intensywną złożoność reakcji biochemicznych otaczających DNA, a także nędzny zakres narzędzi, które są skuteczne na tak mikroskopijną skalę. W szczególności nieuchwytna była metoda cięcia DNA w dokładnych lokalizacjach, aby można było zastąpić małe segmenty.

Przełom z 2015 roku zmienił to wszystko; ten przełom pozwala teraz ludziom pozbyć się tej długotrwałej nieadekwatności. Czeka nas świat możliwości, a potencjał do zmiany porządku na dużą skalę naszych ciał, naszego otoczenia, a nawet naszych gospodarek jest na pokładzie. 

CRISPR: Najpotężniejsze nożyczki w historii

(Uwaga: jeśli potrafisz wymienić wszystkie główne organelle komórki i więcej niż trzy rodzaje RNA z czubka głowy, prawdopodobnie zauważysz, że poniższe wyjaśnienie jest zbyt uproszczone. Jeśli masz podstawową wiedzę na temat DNA i RNA, to będzie wyjaśnienie Złotowłosej.Jeśli nie wiesz, czym jest RNA, pomyśl o tym jako o starszym bracie DNA, który mimo to skończył jako chłopiec na posyłki DNA.) 

Ten przełom nosi nazwę CRISPR / CAS9, zwykle skracane do CRISPR. Ta innowacyjna metoda, wymawiana jak w „Chciałbym, żeby moje tosty były bardziej wyraziste”, jest skrótem od Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Czy to wydaje się być kęsem? To jest. Ssij to. Podobnie jak „Teorie Ogólnej i Szczególnej Teorii Względności” oraz „Kwas Deoksyrybonukleinowy”. Pionierskie odkrycia często mają długie nazwy; W przypadku futurystycznej technologii zaleca się noszenie spodni typu big boy / big girl.

Chociaż zmienione DNA jest sztuczne, oba składniki CRISPR występują naturalnie. W swojej istocie wykorzystuje układ odpornościowy, który stanowi podstawę wszystkich żywych komórek. Pomyśl o tym: układ odpornościowy jest niezwykle złożony, zwłaszcza ludzki, ale w 99% przypadków pojedynczy wirus nie jest w stanie zarazić tej samej osoby przy dwóch różnych okazjach.

Dzieje się tak, ponieważ nici wirusowego DNA są przechowywane i „zapamiętywane” w komórkach już po pierwszym spotkaniu. W XX wieku naukowcy odkryli, że pewne formy bakterii umieszczają te fragmenty DNA pomiędzy krótkimi, powtarzającymi się nićmi par zasad, które również są palindromiczne: CRISPR. Części wirusa są teraz na stałe osadzone w genomie bakterii. A myślałeś, że jesteś dobry w chowaniu urazy. 

Wyobraź sobie bakteriofaga (wirusa, który atakuje bakterie, a nie organizmy wielokomórkowe, takie jak ludzie) rozdrabnia bakterie Barry'ego, ale go nie zabija. Tydzień później Phage wraca na Rundę 2. Mimo że Barry widzi, jak Phil go okrada, nie może wysłać białych krwinek, aby pobiły Phila, ponieważ ich nie ma. Bakteryjny układ odpornościowy stosuje inne podejście.

Tutaj do gry wkracza Cas9, druga połowa systemu CRISPR. Cas9, co oznacza białko 9 związane z CRISPR, skanuje napotkany obcy DNA i sprawdza, czy którykolwiek z nich pasuje do wirusowego DNA, który przechowywał między CRISPR. Jeśli tak, Cas9 wyzwala endonukleazę, znaną również jako enzym restrykcyjny, aby odciąć Philowi ​​rękę, stopę, a może nawet głowę. Bez względu na segment, utrata tak dużej części kodu genetycznego prawie zawsze uniemożliwia wirusowi wykonanie swoich drapieżnych zamiarów.

Ludzkie układy odpornościowe wygrywają bitwy z wirusami, wysyłając do walki najlepszych mikroskopijnych wojowników ewolucji, wyposażonych w niezwykle dokładne opisy wyglądu i taktyki wroga. Podejście bakteryjne jest bardziej zbliżone do przechwytywania poleceń dowódcy dla jego piechoty. „Zaatakuj bramy o świcie” zmienia się w „Zaatakuj [PUSTE] w [PUSTE]”, a wtargnięcie kończy się niepowodzeniem. 

Ostatecznie naukowcy odkryli, że praktycznie każdy żywy organizm zawiera elementy zarówno CRISPR, jak i Cas9. To może wydawać się szokujące, ale w rzeczywistości jest dość trywialne, biorąc pod uwagę, że każda żywa istota pochodzi od bakterii. W tych organizmach CRISPR są podobne do starej biblioteki, której miasto nigdy nie zadało sobie trudu, aby zburzyć, a Cas9 jest jednym z najmniej ważnych enzymów restrykcyjnych.

Niemniej jednak są tam, działają, a co najważniejsze, okazały się bardzo niedyskryminacyjne: naukowcy mogliby karmić je odcinkami DNA, które nie miały nic wspólnego z wirusami, a CRISPR lojalnie je zarejestrował, a Cas9 wiernie wykonałby nacięcia . Nagle mieliśmy w rękach nożyce Boga, które pracowały nad praktycznie każdym rodzajem DNA, którego próbowaliśmy: żywnością, zwierzętami, chorobami i człowiek. 

Chociaż metoda jest popularyzowana jako „CRISPR”, to połączenie obu CRISPR i Cas9 jest tak absurdalnie potężne. Jak wspomniano, istnieje wiele wcześniej odkrytych enzymów restrykcyjnych lub nożyczek DNA. Jednak CRISPR jest pierwszą metodą, jaką ludzie byli w stanie kontrolować, gdzie nożyczki tną z dużą precyzją. 

Zasadniczo CRISPR to krótkie segmenty DNA, które służą jako zakładki lub dwa znaki, które mówią „Zacznij ciąć tutaj” i „Przestań ciąć tutaj”. Cas9 to białko, które może odczytywać CRISPR i uwalniać enzym, który przecina obie przestrzenie zaznaczone zakładkami.

Co może zrobić CRISPR?

Kochanie, co? nie może CRISPR zrobić? Istnieją dwie główne kategorie zastosowań tej technologii: zły materiał genetyczny znaleziony w raku można zastąpić poprawioną sekwencją DNA w celu wyeliminowania szkodliwych mutacji i można go zastosować do poprawy pewnych aspektów fenotypu.

CRISPR jest ekscytujący, ponieważ jest zaledwie małym dzieckiem, a mimo to przeskoczył z laboratorium do kliniki. Autorzy badania z 2015 roku, które pojawiły się w Natura mogli akcyza 48% materiału genetycznego HIV z komórek zakażonych wirusem HIV przy użyciu CRISPR. Jednak jeśli chodzi o raka, CRISPR już wykonał skok z szalki Petriego na ludzi: w czerwcu PZH zatwierdził pierwsze badanie limfocytów T opracowanych przez CRISPR.

Badanie koncentruje się na zapobieganiu nawrotom raka. Jak wie każdy, kto ma przyjaciół lub rodzinę, która walczyła z rakiem (co niestety dotyczy większości ludzi), bycie wolnym od raka nie jest równoznaczne z wyleczeniem. Przez następne pięć do dziesięciu lat nie ma innego wyjścia, jak tylko poczekać i zobaczyć, czy jakiekolwiek niewielkie ogniska raka umknęły leczeniu i czekają na szansę odrośnięcia. Komórki T CRISPR mają wszczepiony rakowy DNA do ich genomu, co daje im odpowiednik gogli hiperwizyjnych, za pomocą których mogą szukać cesarza wszystkich chorób.

HIV i rak to dwa z najgroźniejszych Goliatów medycyny patologicznej. A jednak porównywanie CRISPR do Davida jest niewystarczającą metaforą. David był co najmniej dorosły, podczas gdy CRISPR jest ledwo małym dzieckiem, a ten maluch już strzela na bramkę przeciwko tym najbardziej wytrwałym wrogom ludzkości.

Oczywiście większość ludzi nie spędza swojego życia na ciągłym wahaniu się między HIV a rakiem. Bardziej powszechne choroby o znacznie mniejszej złożoności, takie jak przeziębienie i grypa, łatwiej znajdą się w zasięgu limfocytów T na chrupiących sterydach.

Wycinanie złego DNA jest dobre, ale to w naprawie wadliwego DNA naprawdę tkwi potencjał CRISPR. Gdy DNA zostanie pocięte we właściwym miejscu, a zmutowany odcinek usunięty, całkiem łatwo jest użyć polimeraz DNA do połączenia prawidłowego DNA.

Najczęstsze schorzenia genetyczne w Stanach Zjednoczonych jest hemochromatoza (zbyt dużo żelaza we krwi), mukowiscydoza, choroba Huntingtona i zespół Downa. Poprawki w segmentach DNA powodujących choroby mogą zapobiec ogromnej ilości ludzkiego cierpienia. Co więcej, korzyści ekonomiczne byłyby wspaniałe: fiskalni konserwatyści byliby zachwyceni oszczędnością 83 milionów dolarów, które NIH wydaje rocznie na samą mukowiscydozę; liberałowie mieliby możliwość ponownego zainwestowania tych sum w opiekę społeczną.

Dla tych, którzy znajdują DoStatystyki dotyczące aborcji zespołu wn niepokojące, modyfikacje CRISPR mogą być odpowiednim kompromisem, ratującym życie płodu przy jednoczesnym zachowaniu prawa matki do nieurodzenia ciężko niepełnosprawnego dziecka.

Świat biotechnologii jest już przykuty do CRISPR. Sam przemysł spożywczy GMO jest już wart miliardy dolarów rocznie, a metody są dość surowe w porównaniu z CRISPR. Firmy GMO, takie jak Monsanto, ulepszyły niezliczoną ilość produktów spożywczych, wstawiając całe geny, które promują odporność, wielkość i smak z innych produktów spożywczych.

Teraz polowanie na zmiatacze genów dobiegło końca, a firmy biotechnologiczne mogą zaprojektować idealny gen do wstawienia. Jest prawdopodobne, że w ciągu najbliższych kilku dekad Red Delicious będzie musiała oddać swoją wyższość na rzecz produktu na wzór Czerwonego Orgazmu lub Czerwonego Doświadczenia Duchowego.

Implikacje biznesowe i polityczne

CRISPR ma również implikacje zarówno destrukcyjne, jak i demokratyzujące. Edycja genów w 2010 roku była jak komputery w 1970 roku. Istnieją, ale są niezdarne i absurdalnie drogie. Mimo to produkt jest tak cenny, że firmy na tyle duże, by sobie na nie pozwolić, zyskują ogromną przewagę rynkową.

Właśnie dlatego firmy takie jak Monsanto były w stanie pozyskać niemal monopole w dziedzinie GMO. CRISPR zrobi z inżynierią genetyczną to, co komputery osobiste zrobiły z oprogramowaniem w latach 1980.; oznacza to znaczne ulepszenie technologii, jednocześnie czyniąc ją tak tanią, że małe firmy i osoby prywatne mogą z nich korzystać. Niezależnie od tego, czy jesteś studentem biologii, biohakerem amatorem czy początkującym przedsiębiorcą, możesz kupić zestaw CRISPR w Internecie za kilkaset dolarów.

Dlatego CRISPR powinien sprawić, że biotechnologiczne behemoty, takie jak Monsanto, będą bardzo nerwowe. Miliony ludzi, którzy chcą podważyć firmę lub ją pokonać, otrzymały sztylet.

Niektórzy sprzeciwiają się Monsanto, ponieważ sprzeciwiają się GMO. Takie głosy nie są zbytnio uznawane w środowisku naukowym: GMO są uważane za całkiem bezpieczne, jedzą je praktycznie wszyscy, a odporne na suszę/zwiększające plony GMO, które stanowiły podstawę „zielonej rewolucji” w Afryce i Indiach w latach 1970., uratowały setki milionów ludzi z głodu.

Jednak wiele osób popierających GMO sprzeciwia się Monsanto ze względu na jego monopolistyczne praktyki biznesowe i próby zmuszenia biednych rolników do używania jej nasion. Przed CRISPR niewiele mogli zrobić, gdyby nie dysponowali zapasowymi sto milionami dolarów na uruchomienie start-upu z zakresu inżynierii genetycznej. Ich bardziej wyrafinowane argumenty były zwykle zagłuszane przez tłum „GMO sprawią, że wypadną ci zęby i wywołają autyzm u dzieci”, pozwalając Monsanto na delegitymizację swojego sprzeciwu przez malowanie go jako nienaukowego.

Teraz względna przystępność cenowa CRISPR pozwoli na odzyskanie GMO i dziedziny inżynierii genetycznej przez demokratycznie nastawionych, młodych, klasę średnią, tych, którzy wierzą, że ścisła konkurencja między przedsiębiorstwami powoduje szybszy postęp i zdrowszą gospodarkę niż skostniałe monopole.

Etyka i inne kwestie

Etyczne problemy inżynierii genetycznej są potencjalnie ogromne. Nie można odrzucić możliwości zaprojektowania superwirusa, którego genom zawiera transkrypcję tajników ludzkiego układu odpornościowego. To niepokojąca perspektywa; odwróciłoby to normalny paradygmat i byłoby podobne do wirus szczepiony przeciwko układowi odpornościowemu. „Designerskie dzieci” mogą doprowadzić do odrodzenia się eugeniki i ludzkiego wyścigu zbrojeń, w którym cywilizacje toczą nieustanną walkę o stworzenie najbardziej inteligentnych, bezwzględnych obywateli.

Są to jednak problemy z przyszłymi możliwościami inżynierii genetycznej, a nie z obecnymi realiami CRISPR. Na razie żaden z głównych problemów etycznych nie może zostać zrealizowany, głównie z powodu naszego ograniczonego zrozumienia własnej biologii. CRISPR oznacza, że ​​gdybyśmy mieli plan stworzenia wspomnianego superwirusa, prawdopodobnie moglibyśmy. Jednak nasza wiedza na temat układu odpornościowego jest zbyt ograniczona, aby wdrożyć wirusa, który mógłby go obejść.

Podobnie przesadzone są obawy dotyczące dzieci projektantów. Przede wszystkim połączenie inżynierii genetycznej z eugeniką jest niebezpieczne i błędne. Eugenika to nauka o śmieciach. Eugenika opiera się na sfałszowanych założeniach, że cechy takie jak inteligencja i siła są głównie dziedziczne, w przeciwieństwie do zniuansowanego współczesnego konsensusu, że 1) te cechy są skrajnie źle zdefiniowane i 2) wywodzą się ze złożonej interakcji Genom (nie tylko kilka pojedynczych genów).

Obsesja większości eugeników na punkcie promulgacji białej rasy pokazuje, że ruch ten jest niczym innym jak próbą nadania pseudonaukowego pozoru legitymizacji starym rasistowskim ideom. W końcu sama biała „rasa” jest konstruktem społecznym, a nie rzeczywistością biologiczną.

Co ważniejsze, eugenicy konsekwentnie opowiadają się za promowaniem „czystszych” genów siłą. W Ameryce lat dwudziestych oznaczało to sterylizację wszystkich, od umysłowo chorych po rozwiązłych seksualnie, aw Niemczech w latach czterdziestych oznaczało to egzekucję milionów niewinnych osób. Pomimo tego, że Trzecia Rzesza dokonała egzekucji większości zdiagnozowanych schizofreników, współczesne Niemcy nie odbiegają od swoich sąsiadów w eksponowaniu schizofrenii.

To powiedziawszy, malowanie inżynierów genetycznych jako eugeników zamazuje dobre imię naukowców pracujących nad ulepszeniem wielu cała kolekcja ludzi, a także danie eugenikom doskonałej okazji do powrotu do świata poprzez związanie się z najbardziej ekscytującym wynalazkiem w nauce w tej chwili. Inżynierowie CRISPR nie popierają szalonych teorii rasowych i chcą ci dać jeszcze wolność, jeszcze wybór, z którym żyć swoim życiem.

Nie, CRISPR nie doprowadzi do tego, że rodzice wyhodują homoseksualizm z ich dzieci. „Gejowski gen” jest cudownie trafną metaforą wyrażania idei, że homoseksualizm nie jest wyborem. Jednak jako rzeczywista reprezentacja rzeczywistości oferuje niewiele. Ludzka seksualność to szereg złożonych, powiązanych ze sobą zachowań, które mają podstawy zarówno genetyczne, jak i środowiskowe. Fakt, że rodzice homofobiczni nie usuwają dzieci, które później okazują się gejami, dowodzi, że nie ma „genu gejowskiego” na tyle prostego, by CRISPR mógł przestawić go na heteroseksualność.

Podobnie rozumowanie stojące za obawą przed „eksplozją inteligencji zarodkowej” poprzez CRISPR jest błędne. Inteligencja ludzka jest klejnotem koronnym Ziemi i prawdopodobnie całego Układu Słonecznego. Jest tak złożony i inspirujący, że duży procent ludzi wierzy, że jego pochodzenie jest nadprzyrodzone. Koduje go DNA, biologiczny język programowania, ale w sposób, który jest obecnie daleko poza naszym rozumieniem. Świat, w którym zrozumieliśmy, jak zmienić naszą inteligencję za pomocą CRISPR, byłby światem, w którym wiedzielibyśmy, jak reprezentować inteligencję w języku programowania.

Przypomnienie, że DNA jest językiem programowania, daje nam użyteczną metaforę do zrozumienia luki między możliwościami CRISPR a tymi wymaganymi do wdrożenia obaw ludzi przed inżynierią genetyczną. Ludzkie ciało to program komputerowy zapisany w miliardach linii kodu par zasad DNA.

CRISPR daje nam możliwość zmiany tego kodu. Jednak nauka pisania nie czyni z ciebie eksperta programisty. Pisanie jest oczywiście warunkiem wstępnym, aby zostać ekspertem w programowaniu, ale zanim dana osoba jest nawet bliska biegłości w programowaniu, już dawno nie odkryła, jak nauczyć się pisać na klawiaturze.