CRISPR je pojasnil: najmočnejše škarje na svetu

Svet genetike je bil enako obetaven in kontroverzen, odkar je v 20. stoletju vstopil v zeitgeist javnosti. Zlasti genetski inženiring je bil tako zatopljen v zapeljevanje in nelagodje, da ga imajo nekateri za črno magijo. Pomembni posamezniki sicer zdrave pameti namerno spreminjanje DNK, zlasti človeške DNK, pogosto razglašajo za etični sprenevedanje. 

Ljudje že tisočletja uporabljajo genski inženiring

Takšne splošne obsodbe odsevajo svet, ki že tisočletja ne obstaja. Najbolj očiten primer je hrana, natančneje GSO. Tista ogromna, živahna, sočna jabolka Red Delicious, ki odletijo s trgovinskih polic, so aberacija v primerjavi s svojimi predčloveškimi predniki.

S križanjem določenih sort jabolk je ljudem uspelo razširiti gene, ki so vodili do želenih fenotipov (fizičnih manifestacij). Še pomembneje pa je, da je izbira na sušo odpornih različic osnovnih izdelkov, kot sta žito in riž, rešila številne velike civilizacije pred propadom zaradi lakote. 

Domače živali poskrbijo za še večji kontrast. Volkovi so hudi, teritorialni plenilci. So do 180 funtov čistega terorja, s katerim bi se le malo ljudi lahko najbolje kosalo v dvoboju. Teacup Pomeranci, nasprotno, tehtajo osem funtov, ki so mokri, in vsak človek, ki izgubi boj z enim, ni vreden, da bi posredoval svoj genetski material.

To, da je bil eden najsposobnejših lovcev na svetu spremenjen v dihajočo kepo puha, je dokaz ljubezni celotnega človeštva do namernega spreminjanja DNK. Skupne lastnosti, ki jih družba izbira med živalmi, so poslušnost, poslušnost, moč in seveda okusnost. 

Vendar pa je zamisel o spremembi človeške DNK tista, ki resnično pušča odprte čeljusti in hlačke v šopkih. Vzvišeni ideali zgodnjega ameriškega evgeničnega gibanja so bili varno zatočišče zagovornikom rasne nadvlade, ki se je spremenilo in doseglo grozljiv vrhunec v tretjem rajhu. 

Kljub temu je namensko gojenje zaželenih genov nekaj običajnega v liberalni družbi. Najbolj očiten primer je splav, ki je v večini zahodnih družb zakonit. Nemogoče je trditi, da ljudje nimamo preference do določenih genomov v svetu, kjer je približno devetdeset odstotkov plodov z Downovim sindromom splavljenih.

V Združenih državah so sodišča menila, da je splav na podlagi genetike ustavna pravica: zdravniki, ki skrivajo genetske motnje pri plodu v strahu, da bo mati splavila, so bili kaznovani.

Namerno spreminjanje DNK posameznika ni isto kot omogočanje določenih genov v teku mnogih generacij. Tudi nekoč radikalni procesi ustvarjanja GSO (gensko spremenjenih organizmov) zgolj omogočajo vstavljanje obstoječih genov v druge vrste v nasprotju z oblikovanjem novih. Vendar pa je jasno, da imajo ljudje raje določene gene kot druge in bodo sprejeli drastične ukrepe, da bodo ti geni pogostejši. Prvi zgolj ponuja hitrejši in natančnejši način doseganja ciljev drugega. 

Metoda spretnega spreminjanja genetskega materiala se je človeštvu dolgo izogibala zaradi intenzivne zapletenosti biokemičnih reakcij, ki obkrožajo DNK, kot tudi pičlega nabora orodij, ki so učinkovita v tako mikroskopskem obsegu. Natančneje, metoda rezanja DNK na točno določenih lokacijah, tako da je mogoče zamenjati majhne segmente, je bila nedosegljiva.

Preboj leta 2015 je vse to spremenil; ta preboj zdaj ljudem omogoča, da se znebijo te dolgotrajne pomanjkljivosti. Čaka nas svet možnosti in potencial za obsežno preureditev naših teles, naše okolice in celo naših gospodarstev je na krovu. 

CRISPR: Najmočnejše škarje v zgodovini

(Opomba: če lahko na vrhu glave poimenujete vse glavne organele v celici in več kot tri vrste RNA, se vam bo naslednja razlaga verjetno zdela preveč poenostavljena. Če imate osnovno razumevanje, kaj sta DNA in RNA, to bo Zlatolaska razlaga. Če ne veste, kaj je RNA, pomislite na to kot na DNK-jevega starejšega brata, ki je kljub temu končal kot DNK-in popotnik.) 

Ta preboj se imenuje CRISPR/CAS9, običajno skrajšan na samo CRISPR. Ta inovativna metoda, ki se izgovori kot "Želim si, da bi bil moj toast hrustljav", je okrajšava za Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Se to zdi kot zalogaj? Je. Posrkaj ga. Prav tako "teorije splošne in posebne relativnosti" kot tudi "deoksiribonukleinska kislina." Prelomna odkritja imajo pogosto dolga imena; Pri delu s futuristično tehnologijo priporočamo nošenje hlač za velike fante/velike deklice.

Čeprav je spremenjena DNK umetna, se obe komponenti CRISPR pojavita naravno. V svojem bistvu izkorišča prednosti imunskega sistema, ki podpira vse žive celice. Razmislite o naslednjem: imunski sistem je izjemno zapleten, zlasti človeški, vendar v 99 % primerov en virus ne more okužiti iste osebe ob dveh različnih priložnostih.

To je zato, ker se verige virusne DNK shranijo in "zapomnijo" v celicah po prvem srečanju. V dvajsetem stoletju so znanstveniki odkrili, da nekatere oblike bakterij te fragmente DNK stisnejo med kratke, ponavljajoče se verige baznih parov, ki so prav tako palindromske: CRISPR. Deli virusa so zdaj trajno vdelani v genom bakterije. In mislil si, da znaš dobro zadržati zamere. 

Predstavljajte si, da bakteriofag (virus, ki cilja na bakterije v nasprotju z večceličnimi organizmi, kot so ljudje) uniči bakterijo Barry, vendar je ne ubije. Teden dni pozneje se Phil Phage vrne v 2. krog. Čeprav Barry vidi, da ga Phil ropa, ne more poslati belih krvnih celic, da bi šel premagati Phila, ker jih nima. Bakterijski imunski sistem uporablja drugačen pristop.

Tu nastopi Cas9, druga polovica sistema CRISPR. Cas9, kar pomeni protein 9, povezan s CRISPR, skenira tujo DNK, na katero naleti, in preveri, ali se katera od njih ujema z virusno DNK, ki jo je shranil med CRISPR. Če je tako, Cas9 sproži endonukleazo, znano tudi kot restrikcijski encim, da Philu odreže roko, nogo ali morda celo glavo. Ne glede na segment, izguba tako velikega dela njihove genetske kode skoraj vedno povzroči, da virus ne more uresničiti svojih plenilskih namenov.

Človeški imunski sistemi zmagujejo v bitkah proti virusom tako, da v boj pošiljajo najboljše mikroskopske bojevnike evolucije, opremljene z neverjetno natančnimi opisi sovražnikovega videza in taktike. Bakterijski pristop je bolj podoben prestrezanju poveljnikovih navodil njegovim vojakom. "Napadite vrata ob zori," postane "Napadite [PRAZO] na [PRAZO]," in vdor ne uspe. 

Sčasoma so znanstveniki odkrili, da ima tako rekoč vsak živ organizem elemente CRISPR in Cas9. To se morda zdi šokantno, vendar je v resnici precej trivialno, glede na to, da vsako živo bitje izvira iz bakterij. V teh organizmih so CRISPR-ji podobni starodavni knjižnici, ki se je mesto nikoli ni potrudilo porušiti, Cas9 pa je eden najmanj pomembnih restrikcijskih encimov.

Kljub temu so tam, delujejo in najboljše od vsega je, da so se izkazali za zelo nediskriminatorne: znanstveniki so jim lahko dali dele DNK, ki nimajo nobene zveze z virusi, in CRISPR bi jih zvesto posnel, Cas9 pa bi zvesto zarezal . Kar naenkrat smo imeli v rokah božje škarje, ki so delale na skoraj vseh vrstah DNK, ki smo jih poskusili: hrani, živalih, boleznih in človeškega. 

Čeprav je metoda popularizirana kot "CRISPR", je kombinacija obeh CRISPR in Cas9 tista, ki je tako absurdno močna. Kot že omenjeno, obstaja več že odkritih restrikcijskih encimov ali škarij DNK. Vendar pa je CRISPR prva metoda, s katero so ljudje lahko nadzorovali, kje škarje strižejo z visoko stopnjo natančnosti. 

V bistvu so CRISPR kratki segmenti DNK, ki služijo kot zaznamki ali kot dva znaka, ki pravita "Začnite rezati tukaj" in "Nehajte rezati tukaj." Cas9 je protein, ki lahko bere CRISPR in sprosti encim za rezanje na obeh mestih, označenih z zaznamki.

Kaj lahko stori CRISPR?

Draga, kaj ne more CRISPR narediti? Obstajata dve glavni kategoriji uporabe tehnologije: slab genetski material, ki ga najdemo v raku, je mogoče nadomestiti s popravljenim zaporedjem DNK, da se odpravijo škodljive mutacije, in se lahko uporabi za izboljšanje določenih vidikov fenotipa.

CRISPR je vznemirljiv, saj je star komaj malček, a je že skočil iz laboratorija na kliniko. Avtorji študije iz leta 2015, objavljene v Narava so bili sposobni odstraniti 48 % genskega materiala HIV iz celic, okuženih s HIV, z uporabo CRISPR. Ko pa gre za raka, je CRISPR že preskočil s petrijevke na ljudi: junija NIH odobril prvo študijo T-celic, izdelanih s CRISPR.

Preizkus se osredotoča na preprečevanje ponovitve raka. Kot ve vsakdo s prijatelji ali družino, ki se je boril z rakom (kar je na žalost večina ljudi), biti razglašen za brez raka ni enakovredno ozdravitvi. V naslednjih petih do desetih letih ni druge izbire, kot da počakamo in vidimo, ali je kakšen majhen rak raka ušel zdravljenju in čaka na priložnost, da ponovno zraste. T-celice CRISPR imajo v svoj genom vstavljeno rakavo DNK, kar jim daje enakovrednost očalom za hipervizijo, s katerimi lahko iščejo cesarja vseh bolezni.

HIV in rak sta dva najmočnejša golijata patološke medicine. Pa vendar je primerjava CRISPR z Davidom nezadostna metafora. David je bil vsaj polnoleten, medtem ko je CRISPR komaj malček, ta malček pa že strelja na gol proti tem najbolj vztrajnim sovražnikom človeštva.

Seveda večina ljudi svojega življenja ne preživi nenehno v kolebanju med HIV in rakom. Bolj pogoste in veliko manj zapletene bolezni, kot so prehladi in gripe, bodo lažje prišle v roke T-celicam na hrustljavih steroidih.

Izrezovanje slabe DNK je dobro, toda pravi potencial CRISPR je v popravilu napačne DNK. Ko je DNK prerezan na pravem mestu in je mutirani del odstranjen, postane uporaba DNK polimeraz za spajanje pravilne DNK dokaj enostavna.

Najpogostejše genetske bolezni v ZDA so hemokromatoza (preveč železa v krvi), cistična fibroza, Huntingtonova bolezen in Downov sindrom. Popravki na segmentih DNK, ki povzročajo bolezni, bi lahko preprečili ogromno trpljenja ljudi. Poleg tega bi bile gospodarske koristi veličastne: fiskalni konzervativci bi z veseljem prihranili 83 milijonov dolarjev, ki jih NIH letno porabi samo za cistično fibrozo; liberalci bi imeli možnost te vsote ponovno vložiti v socialo.

Za tiste, ki najdejo Dostatistika splavov sindroma wn moteče, so lahko modifikacije CRISPR primeren kompromis, ki plodu reši življenje, obenem pa ohrani pravico matere, da ne rodi hudo prizadetega otroka.

Svet biotehnologije je že prikovan s CRISPR. Sama živilska industrija GSO je že vredna milijarde dolarjev na leto z metodami, ki so precej grobe v primerjavi s CRISPR. GSO podjetja, kot je Monsanto, so izboljšala nešteto živil z vstavljanjem celih genov, ki spodbujajo odpornost, velikost in okus drugih živil.

Zdaj je lov na lov na gene končan in biotehnološka podjetja lahko oblikujejo popoln gen za vstavljanje. Verjetno bo moral Red Delicious v naslednjih nekaj desetletjih svojo prevlado prepustiti izdelku, podobnemu Red Orgasm ali Red Spiritual Experience.

Poslovne in politične posledice

CRISPR ima tudi moteče in demokratične posledice. Urejanje genov v 2010-ih je bilo kot računalniki v 1970-ih. Obstajajo, vendar so okorni in smešno dragi. Kljub temu je izdelek tako dragocen, da podjetja, ki so dovolj velika, da si ga lahko privoščijo, pridobijo ogromno tržno prednost.

Zato so podjetja, kot je Monsanto, lahko pridobila skoraj monopol na področju GSO. CRISPR bo genskemu inženirstvu naredil to, kar so osebni računalniki storili programski opremi v osemdesetih letih prejšnjega stoletja; to je močno izboljšati tehnologijo, hkrati pa jo narediti tako poceni, da jo lahko izkoristijo mala podjetja in posamezniki. Ne glede na to, ali ste študent biologije, amaterski bioheker ali začetni podjetnik, lahko komplet CRISPR kupite na internetu za nekaj sto dolarjev.

Zato bi moral CRISPR spravljati biotehnološke velikane, kot je Monsanto, zelo ob živce. Vsi milijoni ljudi, ki želijo spodkopati ali izenačiti podjetje, so dobili bodalo.

Nekateri ljudje nasprotujejo Monsantu, ker nasprotujejo GSO. Znanstvena skupnost takšnim glasom ne pripisuje veliko zaupanja: GSO veljajo za precej varne, uživajo jih tako rekoč vsi, GSO, ki so odporni na sušo in povečajo pridelek, ki so podprli "zeleno revolucijo" v Afriki in Indiji v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, so rešili na stotine milijonov ljudi pred lakoto.

Vendar pa številni posamezniki, ki podpirajo GSO, nasprotujejo Monsantu zaradi njegovih monopolnih poslovnih praks in poskusov, da bi revne kmete prisilil v uporabo njegovih semen. Pred CRISPR-om so lahko naredili le malo, če niso imeli prostih sto milijonov dolarjev, da bi zagnali zagonsko podjetje na področju genskega inženiringa. Njihove bolj izpopolnjene argumente je navadno utopila množica, ki trdi, da vam bodo zaradi GSO izpadli zobje in vaši otroci povzročili avtizem, kar je Monsantu omogočilo, da je svoje nasprotovanje delegitimiziral tako, da ga je označil za neznanstvenega.

Zdaj bo relativna cenovna dostopnost CRISPR omogočila, da GSO in področje genskega inženiringa ponovno pridobijo demokratično misleči, mladi, srednji razred, tisti, ki verjamejo, da ostra konkurenca med podjetji povzroča hitrejši napredek in bolj zdravo gospodarstvo. kot pa okosteneli monopoli.

Etika in druga vprašanja

Etična vprašanja genskega inženiringa so potencialno velika. Možnosti oblikovanja supervirusa, ki ima podrobnosti človeškega imunskega sistema zapisane v njihovem genomu, ni mogoče zavreči. To je moteča možnost; to bi obrnilo normalno paradigmo in bilo podobno virus, ki je cepljen proti imunskemu sistemu. "Designer babys" bi lahko privedli do ponovnega vzpona evgenike in človeške oboroževalne tekme, v kateri so civilizacije vklenjene v nenehen boj za ustvarjanje najbolj inteligentnih, neusmiljenih državljanov.

Vendar so to težave s prihodnjimi zmožnostmi genskega inženiringa, ne s trenutno realnostjo CRISPR. Za zdaj ni mogoče uresničiti nobenega od glavnih etičnih pomislekov, predvsem zaradi našega omejenega razumevanja lastne biologije. CRISPR pomeni, da če bi imeli načrt za ustvarjanje zgoraj omenjenega supervirusa, bi verjetno lahko. Vendar je naše znanje o imunskem sistemu preveč omejeno, da bi uvedli virus, ki bi ga lahko zaobšel.

Podobno pretirane so tudi skrbi glede oblikovalskih otrok. Prvič, združevanje genskega inženiringa z evgeniko je nevarno in napačno. Evgenika je smeti znanost. Evgenika se opira na ponarejene predpostavke, da so lastnosti, kot sta inteligenca in moč, v glavnem dedne, v nasprotju z niansiranim sodobnim konsenzom, da 1) so te lastnosti zelo slabo definirane in 2) izhajajo iz kompleksne interakcije med genoma (ne samo nekaj posameznih genov).

Obsedenost večine evgenikov z razglašanjem bele rase kaže, da gibanje ni nič drugega kot poskus, da bi starim rasističnim idejam dali psevdoznanstveni pečat legitimnosti. Navsezadnje je bela "rasa" sama po sebi družbeni konstrukt, v nasprotju z biološko realnostjo.

Kar je še pomembneje, evgeniki so se dosledno zavzemali za spodbujanje »čistejših« genov na silo. V 1920-ih Ameriki je to pomenilo sterilizacijo vseh, od duševno bolnih do spolno promiskuitetnih, v 1940-ih v Nemčiji pa je to pomenilo usmrtitev milijonov nedolžnih. Kljub temu, da je Tretji rajh usmrtil večino diagnosticiranih shizofrenikov, sodobna Nemčija ne kaže nobenega odstopanja v pomembnosti shizofrenije od svojih sosed.

Kljub temu slikanje genetskih inženirjev kot evgenikov blati dobro ime znanstvenikov, ki si prizadevajo izboljšati veliko vse ljudem, prav tako pa daje evgenikom popolno priložnost, da se vrnejo, tako da se povežejo z trenutno najbolj vznemirljivim izumom v znanosti. Inženirji CRISPR ne podpirajo norih rasnih teorij in vam želijo dati več svoboda, več izbiro, s katero boste živeli svoje življenje.

Ne, CRISPR ne bo vodil do tega, da bi starši iz svojih otrok izoblikovali homoseksualnost. "Gej gen" je čudovito primerna metafora za izražanje ideje, da homoseksualnost ni izbira. Vendar pa kot dejanski prikaz realnosti ponuja malo. Človeška spolnost je niz zapletenih, prepletenih vedenj, ki imajo genetske in okoljske temelje. Dejstvo, da homofobni starši ne splavijo otrok, za katere se pozneje izkaže, da so istospolno usmerjeni, dokazuje, da ni dovolj preprostega »gejevskega gena«, da bi ga CRISPR lahko preusmeril v heteroseksualnost.

Podobno je razlogovanje za strah pred "eksplozijo inteligence zarodka" prek CRISPR napačno. Človeška inteligenca je kronski dragulj Zemlje in zelo verjetno celotnega sončnega sistema. Je tako zapleten in navdihujoč, da velik odstotek ljudi verjame, da je njegov izvor nadnaraven. DNK, biološki programski jezik, ga sicer kodira, vendar na način, ki ga trenutno daleč presega naše razumevanje. Svet, v katerem bi razumeli, kako spremeniti našo inteligenco s pomočjo CRISPR, bi bil svet, v katerem bi vedeli, kako inteligenco predstaviti v programskem jeziku.

Če spomnimo, da je DNK programski jezik, dobimo uporabno metaforo za razumevanje vrzeli med zmožnostmi CRISPR in tistimi, ki so potrebne za uresničitev strahov ljudi glede genskega inženiringa. Človeško telo je računalniški program, zapisan v milijardah vrstic kode baznih parov DNK.

CRISPR nam omogoča, da spremenimo to kodo. Vendar pa učenje tipkanja ne pomeni, da postanete izkušen programer. Tipkanje je očitno predpogoj, da postanete izkušen programer, toda ko je posameznik že blizu veščine programiranja, je že zdavnaj mimo odkritja učenja tipkanja.