Kontroverzní nástroj pro úpravu genů CRISPR by mohl vést k rakovině, zjistily znepokojivé studie

Může to znít jako značka obilovin, ale CRISPR je jednou z nejvýznamnějších revolucí v genetice během našeho života. V posledních měsících se objevily příběhy o výzkumnících, kteří používají proteiny CRISPR-Cas k účinné úpravě genetických sekvencí DNA, zabíjení HIV, konzumaci Ziky jako Pac-man a ukládat GIF do DNA bakterií .

Navzdory potenciálu CRISPR je to neuvěřitelně kontroverzní postup. Vyžaduje řezání a úplnou úpravu řetězců DNA, aby se změnilo genetické složení člověka, a dvě nové studie spojily takovou technologii úpravy genů s nárůstem rakoviny.

Papíry, jeden po druhém Novartis a druhý u Karolinska Institute , publikoval vPřírodní medicína, dospěli k závěru, že techniky genové terapie mohou oslabit schopnost člověka bojovat s nádory a mohou vést k rakovině, což vyvolává obavy o bezpečnost genových terapií založených na CRISPR.

Pojďme si trochu zazálohovat.

Viz související Co jsou kmenové buňky a jak mohou změnit lék? Transplantace lidské hlavy: Kontroverzní postup byl úspěšně proveden na mrtvole; živý postup bezprostřední

Dva příspěvky se zaměřily na gen p53. Předchozí výzkum zjistil, že určité lidské nádory se nemohou vyvinout, pokud gen p53 funguje tak, jak má. Výsledkem je, že p53 působí jako přirozený obranný mechanismus k ochraně genomu před druhem změn provedených CRISPR-Cas9. Když se CRISPR-Cas9 používá k úpravě genetické výbavy člověka, gen p53 skočí na svou obranu a účinně zabije upravené buňky tím, že způsobí jejich autodestrukci. Ve skutečnosti je to tento gen, který v řadě pokusů zpozdil pokrok a účinnost techniky CRISPR.

V případech, kdy CRISPR-Cas9 úspěšně provedl úpravy genomu člověka, naznačuje, že gen p53 konkrétní buňky je vadný nebo nefunkční. To zase může souviset s tím, že tělo je méně schopné bojovat proti rakovině. Zejména by to mohlo způsobit vadný p53buňky nekontrolovatelně rostou a stávají se rakovinovými a bylo to spojeno s případyrakovina vaječníků, tlustého střeva a konečníku.

Výběrem buněk, které úspěšně opravily poškozený gen, který jsme chtěli opravit, bychom mohli nechtěně také vybrat buňky bez funkčního p53, autorka studie Emma Haapaniemi z Karolinska Institute vysvětleno . Pokud by byly transplantovány pacientovi, jako je tomu v genové terapii dědičných onemocnění, mohly by takové buňky vést k rakovině, což by vyvolalo obavy o bezpečnost genových terapií založených na CRISPR.

Je však třeba poznamenat, že mít souvislost s rakovinou není to samé jako způsobovat rakovinu a výsledky těchto dvou studií jsou známé jako předběžné, což znamená, že je třeba vyvinout další úsilí k posílení nebo odmítnutí zjištění. Vědci se dokonce rychle distancují od toho, že říkají, že CRISPR je nebezpečný. Místo toho upozorňují na platné problémy a radí společnostem a vědcům, kteří útočí s klinickými testy, aby si pamatovali odkaz.

Studie se také zaměřují na velmi konkrétní typ techniky úpravy CRISPR - protein Cas-9 používaný k opravě nemocné DNA vložením zdravé, upravené DNA - a je zapotřebí další práce, aby se zjistilo, zda jiné formy úpravy genů vyvolávají podobné obavy. Ve skutečnosti, ve snaze vypořádat se s podobnou předchozí kritikou, vědci ze Salkova institutu nedávno ohlásili řešení. Spíše než editovat geny, jejich takzvaná epigenetická (nebo nad genem) metoda CRISPR by viděla geny zapnuté nebo vypnuté, spíše než by byly rozřezány.

Úpravou epigenomu byli vědci schopni řídit chování genu bez přímé úpravy jakékoli DNA; modifikace genů, spíše než editace genů. Ve studiích na myších vědci zvrátili příznaky onemocnění ledvin, cukrovky typu 1 a formy svalové dystrofie. Má také potenciál pro vymýcení Alzheimerovy choroby.

Co je CRISPR-Cas9?

CRISPR-Cas9 je nástroj pro úpravu genomu, který je schopen cíleně řezat DNA a umožňuje vědcům přesně upravovat stavební kameny života. Pravděpodobně to uvidíte zmínit se u trochu méně známého dua CRISPR-Cas1 a CRISPR-Cas2 - oba spojují řezané kousky DNA do vlastního genomu bakterie (o tom později).

Cas9 byl vlastně poprvé pozorován v 80. letech jako součást obranných mechanismů jednobuněčných bakterií, které zajišťují, že buňky jsou schopné odstranit nežádoucí vetřelce. Vědci zjistili, že přizpůsobením technologie jsou schopni cílit na sekvence genomu s nebývalou rychlostí, přesností a přesností.

Představte si CRISPR-Cas9 jako hledání a nahrazení vyhledávání v počítačovém dokumentu, pouze místo slov upravujete genetické sekvence.Přesná modifikace DNA je vědecký svatý grál a potenciál je obrovský. Lze jej použít k vymýcení nemocí - dokonce i dědičné, jako je cystická fibróza, srpkovitá anémie a Huntingtonova choroba, se mohou stát minulostí.

Název CRISPR je zkratka pro méně chytlavé shluky pravidelně rozložených krátkých palindromických opakování. Část Cas odkazuje na související CRISPR.

CRISPR-Cas9: Jak to funguje?

CRISPR je součástí přirozeně se vyskytující obrany určitých bakterií. Když bakterie detekuje napadající virus, je schopna kopírovat a míchat segmenty cizí DNA do vlastního genomu kolem CRISPR. Cas9 provádí štěpení, zatímco Cas1 a Cas2 vkládají vnější DNA do genomu buňky.

jak vidět lajky na instagramu

Při příštím objevení viru má CRISPR přesnou kopii sekvence genomu, na kterou si má dávat pozor, což je místo, kde přichází protein Cas: dokáže rozřezat DNA a deaktivovat nežádoucí geny s neuvěřitelnou přesností.

Nebo, jak vysvětluje Carl Zimmer : Jak se oblast CRISPR plní DNA virů, stává se nejžádanější molekulární galerií představující nepřátele, se kterými se mikrob setkal. Mikrob může poté použít tuto virovou DNA k přeměně Cas enzymů na přesně naváděné zbraně. Mikrob kopíruje genetický materiál v každém spaceru do molekuly RNA. Enzymy Cas poté absorbují jednu z molekul RNA a kolébají ji. Společně virová RNA a enzymy Cas driftují buňkou. Pokud narazí na genetický materiál z viru, který odpovídá CRISPR RNA, RNA se pevně zachytí. Enzymy Cas poté sekají DNA na dvě části a zabraňují replikaci viru.

V roce 2012 zveřejnili vědci z Kalifornské univerzity v Berkeley a průkopnický papír což ukazuje, že dokázali přeprogramovat imunitní systém CRISPR-Cas tak, aby upravovali geny podle libosti. CRISPR-Cas9 používá specifický protein Cas a hybridní RNA, které mohou identifikovat a upravit jakoukoli genovou sekvenci. Možnosti jsou obrovské.

Stručně řečeno, CRISPR uvádí seznam sekvencí DNA, na které má cílit, a Cas9 provede řezání. Vědcům stačí naprogramovat CRISPR se správným kódem a Cas9 se postará o zbytek.

To by se mohlo vztahovat i na vadné geny - sekce, které aktuálně způsobují problémy, lze odstranit pomocí CRISPR-Cas9 a poté je nahradit zdravým genetickým kódem, což teoreticky problém vyřeší.

CRISPR-Cas9: Byl použit na člověka?

Ano, v Číně . Pomocí lidských embryí získaných z kliniky plodnosti se vědci pokusili použít CRISPR-Cas9 k úpravě genu, který způsobuje beta thalassemii v každé buňce. Je třeba poznamenat, že použitá embrya dárce nebyla životaschopná a nemohla vést k živému narození.

V každém případě selhalo a selhalo docela špatně: bylo injikováno 86 embryí a po 48 hodinách a přibližně osmi pěstovaných buňkách přežilo 71 a 54 z nich bylo geneticky testováno. Jen 28 bylo úspěšně spojeno a jen velmi málo obsahovalo genetický materiál, který výzkumníci zamýšleli.Pokud to chcete dělat u normálních embryí, musíte se přiblížit 100%, vedoucí výzkumný pracovník Řekl Jungiu HuangPříroda . Proto jsme se zastavili. Stále si myslíme, že je to příliš nezralé.

Navíc je velmi pravděpodobné, že došlo k více nezdokumentovaným škodám. Jako New York Times vysvětluje :Čínští vědci poukazují na to, že při experimentu úpravy genů téměř jistě způsobily rozsáhlejší škody, než zdokumentovaly; nezkoumali celé genomy embryonálních buněk.

Jak si dokážete představit, ve vědecké komunitě to způsobilo obrovské kontroverze.

V listopadu 2016 , další skupina čínských vědců začala jako první používat CRISPR-Cas9 u dospělého člověka a injikovala pacientovi s rakovinou plic imunitní buňky pacienta modifikované CRISPR, aby deaktivovala protein PD-1, což teoreticky přimělo tělo pacienta bojovat proti rakovině .

Pak v a studie publikováno 3. srpna, vědci úspěšně „upravili“ lidská embrya a odstranili vadný segment DNA, který může vést k dědičným onemocněním srdce. Byl to mezní úspěch a poskytl cesty k potenciální prevenci přibližně 10 000 genetických poruch s jedinou mutací (tj. Nemocí způsobených jediným chybným genem) u budoucích lidí.

CRISPR-Cas9 a etika

I když čínští vědci používali embrya, která se neměla vyvinout do života, existují skutečné etické obavy ohledně experimentování na lidských embryích - skutečně, jen měsíc před zveřejněním čínského výzkumu, skupina amerických vědců vyzvala svět, aby tak neučinili .

Část toho se odvíjí od toho, jak je technologie nezralá - pamatujte, že se aktivně používá pouze od roku 2012, a bylo by úžasné, kdyby v tomto okamžiku plně dospěla. Vědci varovali, že je v tomto okamžiku příliš nepochopené a nebezpečné pro použití na lidech, a čínský výzkum tuto obavu nepochybně ospravedlňuje. I když to fungovalo bezchybně, existují obavy, že by se po generace mohly objevit nepředvídané důsledky.

Ale i kdyby to bylo 100% bezpečné a úspěšné, existují další etické obavy: zatímco nikdo netvrdí, že bychom měli zadržet potenciál vyhubení zabijáckých genetických chorob, jako jsou Huntingtonova a cystická fibróza, CRISPR-Cas9 potenciálně nabízí příležitost ke změně cokoli o člověku. Dokud je genetická sekvence identifikována, lze ji teoreticky upravit.

Jedna věc je odstranit nemoci ovlivňující život před narozením - druhá věc je, když rodiče mohou navrhnout, aby jejich děti byly silnější, rychlejší nebo lépe vypadající. I když připustíte, že to je něco, co by lidem mělo být dovoleno, je pravděpodobné, že by to bylo silně komercializováno, což zajistí, že pouze bohatí si mohou dovolit všechny další životní výhody, které by si mohli dovolit, což masivně ovlivňuje nerovnost.

CRISPR-Cas9: Co bylo dosud provedeno?

Samozřejmě, tyto etické otázky jsou vzdálené miliony kilometrů, když jediný zaznamenaný embryonální lidský experiment způsobil tak výrazný pokles. CRISPR-Cas9 však nyní vykazuje extrémně slibné výsledky v menších testech.

Mezi příklady patří Prevence infekce HIV v lidských buňkách , léčení genetických chorob myší a pár opic narozených s cílenými mutacemi .

CRISPR se také ukazuje jako účinný prostředek pro ukládání dat v DNA. V březnu 2017 zveřejnila dvojice vědců v New York Genome Center zprávu v Věda časopis, který podrobně popisuje metody pro ukládání komprimovaných souborů v molekulách DNA. Pomocí algoritmu pro překlad souborů do binárního kódu, který lze mapovat na nukleotidové báze DNA, dokázali vědci kódovat celkem šest souborů: akademický dokument z roku 1948, plaketa Pioneer, operační systém, virus, film z roku 1895Příjezd vlaku na stanici La Ciotat… A dárková karta Amazon v hodnotě 50 $.

O několik měsíců později tým vědců na Harvardské lékařské fakultě zakódoval smyčkový videoklip do DNA živé buňky bakterie E.Coli . Cílem je vyvinout systém pro výrobumolekulární zapisovače - DNA, která je schopna zaznamenávat své vlastní informace ze svého okolí. To by mohlo být použito ve všem, od monitorování znečištění půdy až po revoluci v našem chápání neurologické aktivity.

V rámci programu DARPA Safe Genes zahrnuje sedm týmů atým vedený Dr. Amitem Choudharyem na Harvardské lékařské fakultě, který vyvíjí způsoby kontroly komárů šířících malárii, druhý tým Harvardské lékařské školy, který se snaží pomocí CRISPR detekovat a zvrátit mutace způsobené radiací. Tým státní univerzity v Severní Karolíně vedený Dr. Johnem Godwinem se zaměřuje na systémy genových pohonů u potkanů, aby zvládly invazivní druhy, zatímco Kalifornská univerzita v Berkeley chce použít CRISPR k cílení virů Zika a Ebola. Úplný seznam projektů a podrobnosti o týmu jsou k dispozici na webových stránkách DARPA.

Nedávno sdílel strukturální biolog Osamu Nureki z Tokijské univerzity neuvěřitelné záběry z úpravy CRISPR DNA v reálném čase, které byly součástí nedávného článku jeho týmu publikovaného v časopise Příroda komunikace . Klip níže ukazuje, jak CRISPR prohledává DNA před provedením jejích úprav. Můžete vidět, jak se řetězec DNA odpojuje.

Záběry byly původně zobrazeny účastníkům CRISPR 2017 konference, která se konala v červnu. Příspěvek byl předložen po této konferenci a byl publikován 10. listopadu.

CRISPR-Cas9: Přijde do Velké Británie?

Ano. Výzkumníci kmenových buněk ve Velké Británii hledal povolení modifikovat lidská embrya ve snaze porozumět časnému vývoji člověka a snížit pravděpodobnost potratu. V únoru 2016Úřad pro humánní oplodnění a embryologii (HFEA) udělil povolení.

CRISPR-Cas9: Proč je CRISPR špatný?

Jak již bylo zmíněno dříve, Cas9 dokáže rozpoznat pouze genetické sekvence dlouhé přibližně 20 bází, což znamená, že na delší sekvence nelze cílit.Ještě důležitější je, že enzym stále někdy krájí na špatném místě. Zjištění, proč tomu tak je, bude samo o sobě významným průlomem - oprava bude ještě větší.

Pak samozřejmě existuje problém, že CRISPR nefungoval v lidských embryích strašně dobře, a jeho novější vazby na rakovinu.

CRISPR-Cas9: Kdo ji vlastní?

Na to není jednoduchá otázka. Je předmětem probíhající patentové bitvy - překvapivě se daný CRISPR přirozeně vyskytuje u určitých bakterií.

Recenze technologievysvětluje že ačkoli byl CRISPR-Cas9 poprvé popsán vVědav roce 2012 získala Jennifer Doudna z UC Berkeley, Feng Zhang z Broad Institute patent na tuto techniku ​​tím, že předala laboratorní notebooky, které dokazují, že ji vynalezl jako první.

Nejprve podat patentová práva znamená, že by to mělo být uděleno Doudně, ale rozhodnutí mohlo být rozhodnuto na základě nejprve vymyslet pravidla, která by upřednostňovala Zhang. Na konci, případ byl vyřešen v únoru 2017 , když US Patent Trial and Appeal Board rozhodl, že UC Berkeley bude udělen patent na použití CRISPR-Cas9 v jakékoli živé buňce, zatímco Broad by jej dostal v jakékoli eukaryotické buňce - tedy buňkách rostlin a zvířat.

Snímky: Petra B Fritz , VeeDunn , Galerie obrázků NIH , a Steve Jurvetson použitý pod Creative Commons