CRISPR açıkladı: dünyanın en güçlü makası

Genetik dünyası, 20. yüzyılda genel zeitgeist'e girmesinden bu yana eşit parça vaadi ve tartışması olmuştur. Özellikle genetik mühendisliği, bazıları tarafından kara büyü olarak kabul edilecek kadar baştan çıkarma ve huzursuzluk içindedir. Aklı başında olan önde gelen kişiler, DNA'nın, özellikle de insan DNA'sının kasıtlı olarak değiştirilmesini sıklıkla etik olarak yanlış olarak ilan ederler. 

İnsanlar binlerce yıldır genetik mühendisliğini kullandı

Bu tür örtülü kınamalar, binlerce yıldır var olmayan bir dünyayı yansıtıyor. En belirgin örnek, özellikle GDO çeşidi olan yiyeceklerdir. Market raflarından uçan o devasa, canlı, sulu Kırmızı Lezzetli elmalar, insan öncesi atalarına kıyasla bir sapmadır.

İnsanlar, belirli elma çeşitlerini melezleyerek, tercih edilen fenotiplere (fiziksel belirtiler) yol açan genleri çoğaltabildiler. Daha da önemlisi, tahıl ve pirinç gibi temel gıda maddelerinin kuraklığa dayanıklı versiyonlarını seçmek, birçok büyük uygarlığı açlığın neden olduğu çöküşten kurtardı. 

Evcil hayvanlar daha da göze batan bir kontrast sağlar. Kurtlar şiddetli, bölgesel yırtıcılardır. Çok az insanın bir düelloda üstesinden gelebileceği 180 pound'a kadar saf terör. Çay Fincanı Pomeranyalılar, aksine, ıslandığında sekiz kilo ağırlığındadır ve biriyle kavgayı kaybeden herhangi bir insan, genetik materyalini aktarmaya layık değildir.

Dünyanın en yetenekli avcılarından birinin nefes alan bir tüy yumağına indirgenmiş olması, tüm insanlığın DNA'sını kasıtlı olarak değiştiren aşk ilişkisinin bir kanıtıdır. Toplumun hayvanlar arasından seçtiği ortak özellikler arasında uysallık, itaat, güç ve tabii ki lezzetlilik yer alır. 

Yine de çeneleri açıkta bırakan ve külotları demetler halinde bırakan insan DNA'sı değişikliği fikridir. Amerika'nın ilk öjeni hareketinin yüce idealleri, Üçüncü Reich'ta şekil değiştiren ve korkunç bir doruğa ulaşan ırksal üstünlüğün savunulması için güvenli bir sığınak sağladı. 

Bununla birlikte, arzu edilen genlerin amaçlı olarak yetiştirilmesi liberal toplumda olağandır. En bariz örnek, çoğu Batı toplumunda yasal olan kürtajdır. Down Sendromlu fetüslerin yaklaşık yüzde doksanının kürtaj olduğu bir dünyada, insanların belirli genomları tercih etmediğini iddia etmek imkansızdır.

Amerika Birleşik Devletleri'nde mahkemeler genetik temelli kürtajı anayasal bir hak olarak kabul etti: Annenin kürtaj yapacağından korkarak fetüsler arasında genetik bozukluklar gösterdiğini gizleyen doktorlara yaptırım uygulandı.

Bir bireyin DNA'sını kasıtlı olarak değiştirmek, birçok nesil boyunca belirli genleri kolaylaştırmakla aynı şey değildir. GDO'lar (genetiği değiştirilmiş organizmalar) yaratmanın bir zamanlar radikal süreçleri bile, yenilerini tasarlamanın aksine, mevcut genleri diğer türlere eklemenize izin verir. Ancak insanların bazı genleri diğerlerine tercih ettiği ve bu genlerin yaygınlaşması için ciddi tedbirler alacağı açıktır. İlki, yalnızca ikincisinin hedeflerine ulaşmanın daha hızlı ve daha kesin bir yolunu sunar. 

Genetik materyali ustaca değiştirmeye yönelik bir yöntem, DNA'yı çevreleyen biyokimyasal reaksiyonların yoğun karmaşıklığının yanı sıra böylesine mikroskobik bir ölçekte etkili olan araçların önemsiz çeşitliliği nedeniyle uzun süredir insanlığın gözünden kaçmıştır. Spesifik olarak, küçük parçaların değiştirilebilmesi için DNA'yı kesin konumlarda kesme yöntemi zor olmuştur.

Bir 2015 atılımı tüm bunları değiştirdi; bu atılım şimdi insanların bu uzun süreli yetersizlikten kurtulmasına izin veriyor. Bir olasılıklar dünyası bizi bekliyor ve bedenlerimizin, çevremizin ve hatta ekonomilerimizin büyük ölçekli yeniden düzenlenmesi potansiyeli güvertede. 

CRISPR: Tarihteki en güçlü makas

(Not: Bir hücrenin tüm ana organellerini ve üçten fazla RNA tipini kafanızın üstünden adlandırabilirseniz, muhtemelen aşağıdaki açıklamayı fazla basit bulacaksınız. DNA ve RNA'nın ne olduğu hakkında temel bir anlayışınız varsa, bu bir Goldilocks açıklaması olacak. RNA'nın ne olduğunu bilmiyorsanız, onu DNA'nın ayakçısı olan DNA'nın ağabeyi olarak düşünün.) 

Bu atılımın adı CRISPR / CAS9, genellikle sadece CRISPR olarak kısaltılır. "Keşke tostumun daha gevrek olmasını dilerdim"de olduğu gibi telaffuz edilen bu yenilikçi yöntem, Kümelenmiş Düzenli Aralıklı Kısa Palindromik Tekrarların kısaltmasıdır. Bu bir ağız dolusu gibi mi görünüyor? Bu. İçine çek. "Genel ve Özel Görelilik Teorileri" ve "Deoksiribonükleik asit" de öyleydi. Öncü keşiflerin genellikle uzun adları vardır; Fütüristik teknolojiyle uğraşırken büyük erkek/büyük kız pantolonu giyilmesi tavsiye edilir.

Değiştirilen DNA yapay olmasına rağmen, CRISPR'nin her iki bileşeni de doğal olarak oluşur. Özünde, tüm canlı hücreleri destekleyen bağışıklık sisteminden yararlanır. Şunu düşünün: Bağışıklık sistemi, özellikle bir insanınki son derece karmaşıktır, ancak zamanın %99'unda tek bir virüs, aynı kişiye iki farklı durumda bulaşamaz.

Bunun nedeni, viral DNA ipliklerinin ilk karşılaşmadan sonra hücreler içinde depolanması ve "hatırlanması"dır. Yirminci yüzyılda bilim adamları, belirli bakteri biçimlerinin bu DNA parçalarını kısa, tekrar eden ve aynı zamanda palindromik olan baz çiftleri arasında bir araya getirdiğini keşfettiler: CRISPR'ler. Virüsün parçaları artık kalıcı olarak bakteri genomuna gömülüdür. Ve kin tutmakta iyi olduğunu düşündün. 

Bir bakteriyofajın (insanlar gibi çok hücreli organizmaların aksine bakterileri hedef alan bir virüs) Barry Bacteria'yı pürüzlendirdiğini, ancak onu öldürmediğini hayal edin. Bir hafta sonra, Phil the Phage 2. Tur için geri gelir. Barry, Phil'in kendisini soyduğunu görse de, Phil'i dövmek için beyaz kan hücreleri gönderemez çünkü onda hiç yoktur. Bakteriyel bağışıklık sistemi farklı bir yaklaşım kullanır.

İşte burada CRISPR sisteminin diğer yarısı olan Cas9 devreye giriyor. CRISPR ile ilişkili protein 9 anlamına gelen Cas9, karşılaştığı yabancı DNA'yı tarar ve herhangi birinin CRISPR'ler arasında sakladığı viral DNA ile eşleşip eşleşmediğini kontrol eder. Eğer öyleyse, Cas9, Phil'in kolunu, ayağını ve hatta belki kafasını kesmek için kısıtlama enzimi olarak da bilinen bir endonükleazı tetikler. Segmenti ne olursa olsun, genetik kodlarının bu kadar büyük bir bölümünün kaybı, neredeyse her zaman virüsü yırtıcı niyetlerini yerine getiremez hale getirir.

İnsan bağışıklık sistemleri, evrimin en iyi mikroskobik savaşçılarını savaşa göndererek virüslere karşı savaşları kazanır, düşmanın görünümü ve taktiği hakkında inanılmaz derecede doğru açıklamalarla donatılmıştır. Bakteriyel yaklaşım daha çok bir komutanın piyadelerine verdiği talimatları engellemeye benzer. "Şafak vakti kapılara saldırın", "[BOŞ]'a [BOŞ] saldırın" olur ve saldırı başarısız olur. 

Sonunda, bilim adamları neredeyse her canlı organizmanın hem CRISPR hem de Cas9 unsurlarına sahip olduğunu keşfettiler. Bu şok edici görünebilir, ancak her canlının bakterilerden türediği düşünülürse, aslında oldukça önemsizdir. Bu organizmalarda, CRISPR'ler, bir şehrin asla yıkmaya tenezzül etmediği eski zamanlardaki bir kütüphaneye benzer ve Cas9, en az önemli kısıtlama enzimlerinden biridir.

Bununla birlikte, oradalar, çalışıyorlar ve hepsinden önemlisi, çok ayrımcı olmadıkları ortaya çıktı: bilim adamları onları virüslerle ilgisi olmayan DNA bölümlerini besleyebilir ve CRISPR onları sadık bir şekilde kaydeder ve Cas9 sadakatle kesikler yapar. . Birdenbire, Tanrı'nın makası elimize geçti ve denediğimiz hemen hemen her tür DNA üzerinde çalıştılar: yiyecek, hayvan, hastalık ve insan. 

Yöntem "CRISPR" olarak popüler hale getiriliyor olsa da, hem CRISPR'lerin hem de Cas9'un inanılmaz derecede güçlü bir kombinasyonudur. Belirtildiği gibi, daha önce keşfedilmiş bir dizi kısıtlama enzimi veya DNA makası vardır. Bununla birlikte, CRISPR, insanların makasın nerede kesildiğini yüksek derecede hassasiyetle kontrol edebildiği ilk yöntemdir. 

Esasen, CRISPR'ler, yer imi veya "Burada kesmeye başla" ve "Burada kesmeyi bırak" diyen iki işaret olarak hizmet eden kısa DNA parçalarıdır. Cas9, CRISPR'leri okuyabilen ve yer imleriyle işaretlenmiş her iki alanı kesmek için bir enzim salabilen bir proteindir.

CRISPR ne yapabilir?

tatlım, ne yapamaz CRISPR mı? Teknoloji için iki ana uygulama kategorisi vardır: kanserde bulunan kötü genetik materyal, zararlı mutasyonları ortadan kaldırmak için düzeltilmiş bir DNA dizisi ile değiştirilebilir ve belirli fenotip yönlerini iyileştirmek için uygulanabilir.

CRISPR heyecan verici çünkü henüz yeni yürümeye başlayan bir çocuk ve henüz laboratuvardan kliniğe atladı. 2015 yılında yayınlanan bir çalışmanın yazarları Tabiat başardılar HIV'in genetik materyalinin %48'ini tüketmek CRISPR kullanarak HIV'den etkilenen hücrelerden. Bununla birlikte, kanser söz konusu olduğunda, CRISPR petri kabından insanlara atlamayı çoktan yaptı: Haziran ayında, NIH CRISPR ile tasarlanan T hücrelerinin ilk çalışmasını onayladı.

Deneme, kanserin tekrarını önlemeye odaklanıyor. Arkadaşları veya ailesi olan ve kanserle savaşan herkesin (ki ne yazık ki çoğu insandır) bildiği gibi, kansersiz ilan edilmek tedavi olmakla eşdeğer değildir. Önümüzdeki beş ila on yıl boyunca, kanser ceplerinin tedaviden kaçıp kaçmayacağını ve yeniden büyüme şansını bekleyip beklemediğini görmek için beklemekten başka seçenek yok. CRISPR T-hücreleri, genomlarına yerleştirilmiş kanserli DNA'ya sahiptir ve onlara tüm hastalıkların imparatorunu aramak için hiper-görme gözlüklerinin eşdeğerini verir.

HIV ve kanser, patolojik tıbbın en zorlu Goliath'larından ikisidir. Yine de, CRISPR'yi David ile karşılaştırmak yetersiz bir metafor. David en azından bir yetişkindi, oysa CRISPR henüz yeni yürümeye başlayan bir çocuktu ve bu yürümeye başlayan çocuk şimdiden insanlığın bu en inatçı düşmanlarına karşı kaleye şut atıyor.

Tabii ki, çoğu insan hayatlarını sürekli HIV ve kanser arasında yalpalayarak geçirmez. Soğuk algınlığı ve grip gibi çok daha az karmaşıklığa sahip daha yaygın hastalıklar, gevrek steroidler üzerindeki T-hücreleri tarafından daha kolay kavranacaktır.

Kötü DNA'yı kesmek iyidir, ancak CRISPR'nin potansiyeli gerçekten de hatalı DNA'nın onarımında yatmaktadır. DNA doğru yerde kesildiğinde ve mutasyona uğramış kısım çıkarıldığında, doğru DNA'yı birleştirmek için DNA polimerazlarını kullanmak oldukça basit hale gelir.

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki en yaygın genetik rahatsızlıklar vardır hemokromatoz (kanda çok fazla demir), kistik fibroz, Huntington Hastalığı ve Down Sendromu. DNA'nın hastalığa neden olan bölümlerine yapılan düzeltmeler, büyük miktarda insan ıstırabını önleyebilir. Ayrıca, ekonomik faydalar muhteşem olacaktır: mali muhafazakarlar, NIH'nin yalnızca kistik fibroz için yıllık olarak harcadığı 83 milyon doları kurtarmaktan keyif alacaklardır; liberaller bu meblağları sosyal refaha yeniden yatırma fırsatına sahip olacaktı.

bulanlar için Down Sendromu kürtaj istatistiği Rahatsız edici, CRISPR değişiklikleri uygun bir uzlaşma olabilir ve annenin ciddi şekilde engelli bir çocuğu doğurmama hakkını korurken fetüsün hayatını kurtarabilir.

Biyoteknoloji dünyası şimdiden CRISPR tarafından perçinleniyor. Tek başına GDO'lu gıda endüstrisi, CRISPR'ye kıyasla oldukça kaba yöntemlerle zaten yılda milyarlarca dolar değerinde. Monsanto gibi GDO'lu şirketler, diğer gıdalardan sertlik, boyut ve lezzeti artıran bütün genleri ekleyerek sayısız gıdayı geliştirdiler.

Şimdi, gen çöpçü avı sona erdi ve biyoteknoloji şirketleri eklenecek mükemmel geni tasarlayabilir. Muhtemelen önümüzdeki birkaç on yıl içinde Red Delicious, üstünlüğünü Red Orgasm veya Red Spiritual Experience çizgisindeki bir ürüne teslim etmek zorunda kalacak.

Ticari ve siyasi sonuçlar

CRISPR ayrıca hem yıkıcı hem de demokratikleştirici etkilere sahiptir. 2010'larda gen düzenleme, 1970'lerdeki bilgisayarlar gibiydi. Varlar, ancak beceriksiz ve gülünç derecede pahalılar. Yine de ürün o kadar değerli ki, onları karşılayabilecek kadar büyük şirketler büyük bir pazar avantajı elde ediyor.

Bu nedenle Monsanto gibi şirketler GDO alanında neredeyse tekel elde edebildiler. CRISPR, 1980'lerde kişisel bilgisayarların yazılıma yaptığını genetik mühendisliğine yapacak; yani, teknolojiyi büyük ölçüde geliştirirken, küçük işletmelerin ve bireylerin bunlardan yararlanabileceği kadar ucuz hale getirir. İster bir biyoloji öğrencisi, ister amatör bir biyohacker veya yeni başlayan bir girişimci olun, internetten birkaç yüz dolara bir CRISPR kiti satın alabilirsiniz.

Bu nedenle, CRISPR, Monsanto gibi biyoteknoloji devlerini çok gergin hale getirmelidir. Şirketi baltalamak veya rekabette geride bırakmak isteyen milyonlarca kişiye bir hançer verildi.

Bazı insanlar GDO'lara karşı oldukları için Monsanto'ya karşı çıkıyorlar. Bilim camiasında bu tür seslere pek itibar edilmez: GDO'lar oldukça güvenli kabul edilir, neredeyse herkes onları yer ve 1970'lerde Afrika ve Hindistan'da "Yeşil Devrim"in temelini oluşturan kuraklığa dayanıklı/hasatı artıran GDO'lar yüzlerce insanın hayatını kurtardı. milyonlarca insan açlıktan

Bununla birlikte, birçok GDO yanlısı kişi, tekelci iş uygulamaları ve fakir çiftçileri tohumlarını kullanmaya zorlama girişimleri nedeniyle Monsanto'ya karşı çıkıyor. CRISPR'den önce, bir genetik mühendisliği start-up'ı başlatmak için ortalıkta yüz milyon doları kalmadığı sürece yapabilecekleri çok az şey vardı. Onların daha rafine argümanları, "GDO'lar dişlerinizi dökecek ve çocuklarınıza otizm verecek" kalabalığı tarafından boğulma eğilimindeydi ve Monsanto'nun muhalefetini bilim dışı olarak resmederek meşrulaştırmasına izin verdi.

Şimdi, CRISPR'nin göreli satın alınabilirliği, GDO'ların ve genetik mühendisliği alanının, demokratik fikirli, gençler, orta sınıf, işletmeler arasındaki katı rekabetin daha hızlı ilerleme ve daha sağlıklı bir ekonomi sağladığına inananlar tarafından geri alınmasına izin verecektir. kemikleşmiş tekellerden daha fazla.

Etik ve diğer konular

Genetik mühendisliğinin etik sorunları potansiyel olarak çok büyüktür. İnsan bağışıklık sisteminin içini ve dışını genomlarında kopyalayan bir süpervirüs tasarlama olasılığı göz ardı edilemez. Bu rahatsız edici bir ihtimal; normal paradigmayı tersine çevirir ve bağışıklık sistemine karşı aşılanan bir virüs. "Tasarımcı bebekler", soy ıslahının yeniden canlanmasına ve medeniyetlerin en zeki, acımasız vatandaşları yaratmak için sürekli bir mücadele içinde kilitlendiği bir insan silahlanma yarışına yol açabilir.

Ancak bunlar, CRISPR'nin mevcut gerçekleriyle değil, genetik mühendisliğinin gelecekteki yetenekleriyle ilgili sorunlardır. Şimdilik, esas olarak kendi biyolojimize ilişkin sınırlı anlayışımız nedeniyle, ana etik kaygıların hiçbiri gerçekleştirilemez. CRISPR, yukarıda bahsedilen süper virüsü yaratmak için bir planımız olsaydı, muhtemelen yapabiliriz anlamına gelir. Bununla birlikte, bağışıklık sistemi hakkındaki bilgimiz, onu atlatabilecek bir virüsü uygulamak için çok sınırlıdır.

Tasarımcı bebeklerle ilgili endişeler de benzer şekilde abartılı. Her şeyden önce, genetik mühendisliğinin öjeni ile karıştırılması tehlikeli ve yanlıştır. Öjeni çöp bilimidir. Ojeni, 1) bu özelliklerin aşırı derecede kötü tanımlandığı ve 2) bu özelliklerin karmaşık bir etkileşimden kaynaklandığı şeklindeki nüanslı modern fikir birliğinin aksine, zeka ve güç gibi özelliklerin esas olarak kalıtsal olduğu şeklindeki yanlış varsayımlara dayanır. genom (sadece birkaç bireysel gen değil).

Çoğu öjenistin beyaz ırkın ilan edilmesi takıntısı, hareketin eski ırkçı fikirlere sahte bilimsel bir meşruiyet cilası verme girişiminden başka bir şey olmadığını gösteriyor. Sonuçta, beyaz "ırk"ın kendisi biyolojik bir gerçekliğin aksine sosyal bir yapıdır.

Daha da önemlisi, öjenistler sürekli olarak "temiz" genlerin zorla teşvik edilmesini savundular. 1920'lerde Amerika'da bu, zihinsel engelliden cinsel yönden gelişigüzel herkese kadar herkesi kısırlaştırmak anlamına geliyordu ve 1940'larda Almanya'da milyonlarca masumun infazı anlamına geliyordu. Üçüncü Reich'ın teşhis edilen şizofreniklerin çoğunu idam etmesine rağmen, günümüz Almanya'sı şizofreninin öne çıkmasında komşularından herhangi bir sapma göstermemektedir.

Bununla birlikte, genetik mühendislerini öjenist olarak resmetmek, birçok şeyi daha iyi hale getirmek için çalışan bilim adamlarının iyi adını lekeliyor. herşey aynı zamanda öjenistlere kendilerini şu anda bilimdeki en heyecan verici buluşa bağlayarak geri dönüş yapmaları için mükemmel bir fırsat veriyor. CRISPR mühendisleri, çatlak ırk teorilerini desteklemiyor ve size Daha özgürlük, Daha hayatınızı yaşayacağınız seçim.

Hayır, CRISPR ebeveynlerin bebeklerinden eşcinselliği tasarlamalarına yol açmaz. "Eşcinsel geni", eşcinselliğin bir seçim olmadığı fikrini ifade etmek için harika bir metafordur. Ancak, gerçekliğin gerçek bir temsili olarak çok az şey sunar. İnsan cinselliği, hem genetik hem de çevresel temelleri olan bir dizi karmaşık, birbirine kenetlenmiş davranıştır. Homofobik ebeveynlerin daha sonra gey oldukları ortaya çıkan çocukları aldırmaması gerçeği, CRISPR'nin onu heteroseksüelliğe çevirebilmesi için yeterince basit bir “eşcinsel geni” olmadığını kanıtlıyor.

Benzer şekilde, CRISPR aracılığıyla bir "embriyo zeka patlaması" korkusunun arkasındaki mantık da kusurludur. İnsan zekası, Dünya'nın ve büyük olasılıkla tüm güneş sisteminin tacıdır. O kadar karmaşık ve ilham verici ki, insanların büyük bir kısmı kökenlerinin doğaüstü olduğuna inanıyor. Biyolojik bir programlama dili olan DNA, onu kodlar, ancak şu anda anlayışımızın çok ötesinde bir şekilde. CRISPR aracılığıyla zekamızı nasıl değiştireceğimizi anladığımız bir dünya, zekayı programlama dilinde nasıl temsil edeceğimizi bildiğimiz bir dünya olacaktır.

DNA'nın bir programlama dili olduğunu hatırlamak, CRISPR'nin yetenekleri ile insanların genetik mühendisliği hakkındaki korkularını uygulamak için gerekli olanlar arasındaki boşluğu anlamak için bize faydalı bir metafor sağlar. İnsan vücudu milyarlarca satır DNA baz çifti koduyla yazılmış bir bilgisayar programıdır.

CRISPR bize bu kodu değiştirme yeteneği verir. Ancak yazmayı öğrenmek sizi uzman bir programcı yapmaz. Yazma, açık bir şekilde uzman bir programcı olmak için bir ön koşuldur, ancak bir kişi programlama yeterliliğine bile yaklaştığında, yazmayı öğrenmenin keşfini çoktan geride bırakmıştır.