זה אולי נשמע כמו מותג דגנים אך CRISPR הוא אחד המהפכים המשמעותיים ביותר בגנטיקה במהלך חיינו. בחודשים האחרונים צצו סיפורים על חוקרים המשתמשים בחלבוני CRISPR-Cas כדי לערוך ביעילות את הרצפים הגנטיים של ה- DNA, להרוג HIV, לאכול זיקה כמו Pac-man ו- לאחסן GIF ב- DNA של חיידקים .
עם זאת, למרות הפוטנציאל של CRISPR, זהו הליך שנוי במחלוקת להפליא. זה דורש לחתוך קווצות DNA ולשנות אותו לחלוטין על מנת לשנות את המרכב הגנטי של האדם, ושני מחקרים חדשים קישרו טכנולוגיה כזו לעריכת גנים לעלייה בסרטן.
העיתונים, אחד ליד נוברטיס והשני על ידי מכון קרולינסקה , פורסם ברפואה טבעית, מסיקים כי טכניקות של טיפול גנטי עשויות להחליש את יכולתו של האדם להילחם בגידולים, ועלולות לגרום לסרטן, מה שמעלה חשש לביטחון טיפולי גנים מבוססי CRISPR.
בואו נחזור מעט.
ראה קשורים מהם תאי גזע וכיצד הם יכולים לשנות רפואה? השתלת ראש אדם: הליך שנוי במחלוקת שבוצע בהצלחה על הגופה; הליך חי קרוב
שני המאמרים התמקדו בגן p53. מחקרים קודמים מצאו כי גידולים אנושיים מסוימים אינם יכולים להתפתח אם הגן p53 פועל כהלכה. כתוצאה מכך, p53 משמש כמנגנון הגנה טבעי להגן על הגנום מפני סוג השינויים שנעשו על ידי CRISPR-Cas9. כאשר משתמשים ב- CRISPR-Cas9 לעריכת ההרכב הגנטי של האדם, הגן p53 קופץ להגנתו והורג ביעילות את התאים הערוכים בכך שהוא גורם להרס עצמי. למעשה, הגן הזה הוא שעיכב את התקדמותה ויעילותה של טכניקת CRISPR במספר ניסויים.
עם זאת, במקרים בהם CRISPR-Cas9 ביצע בהצלחה עריכות בגנום של האדם, זה מצביע על כך שהגן p53 של התא המסוים פגום או לא מתפקד. זה, בתורו, יכול להיות קשור לכך שהגוף פחות מצליח להילחם בסרטן. בפרט, פגמת p53 עלולה לגרוםתאים שצומחים ללא שליטה והופכים סרטניים, וקושרו למקרים שלסרטן השחלות, המעי הגס והחלחולת.
על ידי בחירת תאים שתיקנו בהצלחה את הגן הפגום שהתכוונו לתקן, אנו עשויים לבחור בשוגג גם תאים ללא p53 פונקציונלית, כותבת המחקר אמה האפנימי ממכון קרולינסקה. הסביר . אם יושתלו לחולה, כמו בטיפול גנטי במחלות תורשתיות, תאים כאלה עלולים לגרום לסרטן, מה שמעלה חשש לבטיחות טיפולי גנים מבוססי CRISPR.
עם זאת, יש לציין כי קיום קשר לסרטן אינו זהה לגרימת סרטן והתוצאות בשני מחקרים אלו הן מה שמכונה ראשוני, כלומר יש צורך בעבודה נוספת בכדי לחזק או לדחות את הממצאים. החוקרים אפילו ממהרים להרחיק את עצמם מלהגיד ש- CRISPR מסוכן. במקום זאת, הם מעלים סוגיות תקפות וממליצים לחברות ולמדענים להסתער קדימה עם ניסויים קליניים להיות מודעים לקישור.
המחקרים מתמקדים גם בסוג מסוים מאוד של טכניקת עריכת CRISPR - חלבון ה- Cas-9 המשמש לתיקון דנ'א חולה על ידי הכנסת דנ'א בריא וערוך - ויש צורך בעבודה נוספת כדי לראות אם צורות אחרות של עריכת גנים מעוררות דאגות דומות. ואכן, בניסיון להתמודד עם ביקורות דומות וקודמות, חוקרים ממכון סאלק דיווחו לאחרונה על פיתרון. במקום לערוך גנים, שיטת CRISPR האפיגנטית שלהם (או מעל הגן) תראה או כבה את הגנים במקום להיחתך.
על ידי שינוי האפיגנום, מדענים הצליחו לשלוט על התנהגות הגן מבלי לשנות DNA באופן ישיר; שינוי גנים ולא עריכת גנים. בניסויים על עכברים הפכו המדענים תסמינים של מחלת כליות, סוכרת סוג 1 וצורה של ניוון שרירים. יש בו גם פוטנציאל למיגור אלצהיימר.
מהו CRISPR-Cas9?
CRISPR-Cas9 הוא כלי לעריכת גנום שמסוגל לחתוך DNA בצורה ממוקדת, ומאפשר למדענים לערוך במדויק את אבני הבניין של החיים. סביר להניח שתראו אותו מוזכר לצד הצמד המפורסם מעט פחות של CRISPR-Cas1 ו- CRISPR-Cas2 - שניהם פיצולים חותכים חתיכות DNA לגנום של חיידק עצמו (על כך בהמשך).
Cas9 נצפה לראשונה לראשונה בשנות השמונים כחלק ממנגנוני ההגנה של חיידקים חד תאיים, שמבטיחים שהתאים מסוגלים להסיר פולשים לא רצויים. מדענים גילו כי באמצעות התאמת הטכנולוגיה הם מסוגלים למקד לרצפי גנום במהירות, דיוק ודיוק חסרי תקדים.
תאר לעצמך את CRISPR-Cas9 כמו חיפוש והחלף חיפוש במסמך מחשב, רק במקום מילים אתה עורך רצפים גנטיים.שינוי מדויק של DNA הוא גביע קדוש מדעי, והפוטנציאל הוא עצום. ניתן להשתמש בה למיגור מחלות - אפילו מחלות תורשתיות כגון סיסטיק פיברוזיס, אנמיה חרמשית והנטינגטון יכולות להיות נחלת העבר.
השם CRISPR הוא ראשי תיבות של החזרות הפלינדרומיות הקצרות של אשכולות פחות קליטות. החלק Cas מתייחס ל- CRISPR המשויך.
CRISPR-Cas9: איך זה עובד?
CRISPR הוא חלק מההגנה הטבעית של חיידקים מסוימים. כאשר חיידק מזהה נגיף פולש, הוא מסוגל להעתיק ולמזג קטעים של ה- DNA הזר לגנום שלו סביב CRISPR. Cas9 מבצע את החיתוך, בעוד Cas1 ו- Cas2 מכניסים את ה- DNA החיצוני לגנום התא.
איך מכבים תגובות בפייסבוק
בפעם הבאה שמזהים את הנגיף, ל- CRISPR יש עותק מדויק של רצף הגנום שצריך להיזהר בו, שם נכנס חלבון ה- Cas: הוא יכול לחתוך את ה- DNA ולהשבית גנים לא רצויים בדיוק מדהים.
אוֹ, כפי שמסביר קרל צימר : כאשר אזור CRISPR מתמלא ב- DNA של נגיף, הוא הופך לגלריה מבוקשת ביותר המייצגת את האויבים שהמיקרוב נתקל בהם. החיידק יכול להשתמש ב- DNA ויראלי זה כדי להפוך אנזימי Cas לנשק מונחה דיוק. החיידק מעתיק את החומר הגנטי בכל מרווח למולקולת RNA. לאחר מכן אנזימים של קאס תופסים את אחת ממולקולות ה- RNA ומערסלים אותה. יחד, ה- RNA הנגיפי ואנזימי ה- Cas נסחפים דרך התא. אם הם נתקלים בחומר גנטי מנגיף התואם את ה- CRISPR RNA, ה- RNA נצמד בחוזקה. אנזימי ה- Cas קוצצים את ה- DNA לשניים ומונעים את שכפול הנגיף.
בשנת 2012 פרסמו מדענים מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי א נייר פורץ דרך מראה שהם הצליחו לתכנת מחדש את מערכת החיסון CRISPR-Cas כדי לערוך גנים לפי רצונם. CRISPR-Cas9 משתמש בחלבון Cas ספציפי וב- RNA היברידי שיכולים לזהות ולערוך כל רצף גנטי. האפשרויות עצומות.
בקיצור, CRISPR מפרט את רצפי ה- DNA למיקוד, ואז Cas9 מבצע את החיתוך. מדענים צריכים רק לתכנת את CRISPR עם הקוד הנכון, ו- Cas9 עושה את השאר.
זה יכול לחול גם על גנים פגומים - ניתן להסיר חלקים שגורמים כעת לבעיות באמצעות CRISPR-Cas9, ואז להחליף אותם בקוד גנטי בריא, ובאופן תיאורטי פותרים את הבעיה.
CRISPR-Cas9: האם נעשה בו שימוש בבני אדם?
כן, בסין . באמצעות עוברים אנושיים שמקורם במרפאת פוריות, מדענים ניסו להשתמש ב- CRISPR-Cas9 כדי לערוך גן הגורם לתלסמיה בטא בכל תא. יש לציין כי עוברי התורם המשמשים היו בלתי קיימא, ולא היו יכולים להביא ללידה חיה.
בכל מקרה, זה נכשל ונכשל בצורה די קשה: 86 עוברים הוזרקו, ואחרי 48 שעות וסביב שמונה תאים גדלו, 71 שרדו, ו -54 מהם נבדקו גנטית. רק 28 חולקו בהצלחה, ומעטים מאוד הכילו את החומר הגנטי שהתכוונו החוקרים.אם אתה רוצה לעשות את זה בעוברים רגילים, אתה צריך להיות קרוב ל 100%, חוקר מוביל ג'ונגיו הואנג סיפרטֶבַע . בגלל זה עצרנו. אנחנו עדיין חושבים שזה בוסר מדי.
נוסף על כך, סביר מאוד להניח כי נגרם נזק לא מתועד יותר. כמו ה ניו יורק טיימס מסביר :החוקרים הסינים מציינים כי בעריכתם הגן כמעט בוודאות גרם נזק נרחב יותר ממה שתיעדו; הם לא בחנו את כל הגנום של תאי העובר.
כפי שאתה יכול לדמיין, זה עורר כמות עצומה של מחלוקת בקהילה המדעית.
בנובמבר 2016 , קבוצה אחרת של מדענים סינים הפכה לראשונה לשימוש ב- CRISPR-Cas9 בבני אדם בוגרים, והזריקה לסובל מסרטן ריאה לתאי החיסון של המטופל ששונתה על ידי CRISPR כדי להשבית את החלבון PD-1, מה שגורם לגופו של המטופל להיאבק נגד הסרטן .
ואז, בא לימוד שפורסם ב -3 באוגוסט, מדענים 'ערכו' בהצלחה עוברים אנושיים, והסירו את קטע ה- DNA השגוי שיכול להוביל למחלת לב תורשתית. זה היה הישג ציון דרך וסיפק דרכים למניעת פוטנציאל של כ -10,000 הפרעות גנטיות במוטציה אחת (כלומר מחלות הנגרמות על ידי גן פגום יחיד) בבני אדם בעתיד.
CRISPR-Cas9 ואתיקה
למרות שהמדענים הסינים השתמשו בעוברים שלא התכוונו להתפתח לחיים, יש חשש אתי אמיתי לגבי התנסות בעוברים אנושיים - אכן חודש בלבד לפני פרסום המחקר הסיני, קבוצת מדענים אמריקאים דחקה בעולם שלא לעשות זאת .
חלק מזה מסתכם עד כמה הטכנולוגיה לא בשלה - זכרו שהיא הייתה בשימוש פעיל רק מאז 2012, וזה יהיה מדהים אם היא תבשיל לחלוטין בשלב זה. מדענים הזהירו כי זה לא הובן מדי ומסוכן לשימוש בבני אדם בשלב זה, והמחקר הסיני בהחלט מצדיק את החשש הזה. גם אם זה עבד ללא דופי, יש חשש שתוצאות לא צפויות עלולות להתרחש לאורך דורות.
אבל, גם אם זה היה בטוח ומוצלח ב -100%, ישנם דאגות אתיות אחרות: אף שאיש אינו טוען שעלינו לעכב את הפוטנציאל של מחיקת מחלות גנטיות הרוצחות כמו הנטינגטון וסיסטיק פיברוזיס, CRISPR-Cas9 עשוי להציע אפשרות לשנות. כל דבר שקשור לאדם. כל עוד מזוהה הרצף הגנטי, בתיאוריה, ניתן לערוך אותו.
זה דבר אחד להסיר מחלות משפיעות על החיים לפני הלידה - דבר אחר לגמרי עבור ההורים שיוכלו לעצב את תינוקותיהם כך שהם יהיו חזקים יותר, מהירים יותר או נראים יותר טובים. גם אם אתה מסכים שזה משהו שאפשר לאפשר לאנשים לעשות, רוב הסיכויים שזה יהיה ממוסחר בכבדות, מה שמבטיח שרק העשירים יוכלו להרשות לעצמם את כל יתרונות החיים הנוספים שהדבר יביא לעצמם, וישפיעו באופן מאסיבי על אי השוויון.
CRISPR-Cas9: מה נעשה עד כה?
כמובן, השאלות האתיות הללו נמצאות במרחק של מיליון קילומטרים כאשר הניסוי האנושי העוברי המוקלט היחיד גרם לנסיגה כה גבוהה. עם זאת, CRISPR-Cas9 מציג כעת תוצאות מבטיחות ביותר במבחנים קטנים יותר.
דוגמאות מכילות מניעת הידבקות ב- HIV בתאים אנושיים , ריפוי מחלות עכבר גנטיות ו זוג קופים שנולדו עם מוטציות ממוקדות .
CRISPR מתגלה גם כאמצעי יעיל לאחסון נתונים בתוך ה- DNA. במרץ 2017 פרסם צמד חוקרים במרכז הגנום בניו יורק דו'ח ב- מַדָע יומן, המפרט שיטות לאחסון קבצים דחוסים במולקולות DNA. בעזרת אלגוריתם לתרגום הקבצים לקוד בינארי שניתן למפות לבסיסי הנוקליאוטידים של ה- DNA, החוקרים הצליחו לקודד את סך ששת הקבצים: מאמר אקדמי משנת 1948, לוח פיוניר, מערכת הפעלה, וירוס, הסרט משנת 1895הגעה לרכבת לתחנת לה סיוט... וכרטיס מתנה של אמזון בסך 50 דולר.
כמה חודשים לאחר מכן, צוות מדענים בבית הספר לרפואה בהרווארד קידד וידיאו קליפ לולאי ל- DNA של תא חיידקי E.Coli חי . המטרה היא לפתח מערכת לייצורמקליטים מולקולריים - DNA המסוגל להקליט מידע משלו מסביבתו. זה יכול לשמש בכל דבר, החל ממעקב אחר זיהום קרקע ועד מהפכה בהבנתנו את הפעילות הנוירולוגית.
כחלק מתוכנית הגנים הבטוחים של DARPA, שבעת הצוותים כוללים אצוות בראשותו של ד'ר עמית צ'ודארי בבית הספר לרפואה בהרווארד, המפתח דרכים לבקרת יתושים המפיצים מלריה, צוות שני של בית הספר לרפואה בהרווארד המעוניין להשתמש ב- CRISPR כדי לאתר ולהפוך מוטציות הנגרמות על ידי קרינה. צוות אוניברסיטת מדינת צפון קרוליינה בראשותו של ד'ר ג'ון גודווין מכוון למקד למערכות כונן גנים בחולדות לניהול מינים פולשניים, ואילו אוניברסיטת קליפורניה, ברקלי רוצה להשתמש ב- CRISPR כדי למקד לווירוסי זיקה ואבולה. הרשימה המלאה של הפרויקטים ופרטי הצוות זמינה מאתר DARPA.
לאחרונה, ביולוג המבנים אוסאמו נורקי מאוניברסיטת טוקיו שיתף מדה מדהימה של עריכת ה- DNA של CRISPR בזמן אמת, אשר היוותה חלק מהמאמר האחרון של צוותו, שפורסם בכתב העת. תקשורת טבע . הקליפ שלמטה מציג CRISPR בחיפוש ב- DNA לפני עריכתו. אתה יכול לראות קווצת DNA מתנתקת.
הצילומים הוצגו במקור למשתתפי ה- CRISPR 2017 כנס שהתקיים ביוני. המאמר הוגש בעקבות ועידה זו ופורסם ב -10 בנובמבר.
CRISPR-Cas9: האם הוא יגיע לבריטניה?
כן. חוקרי תאי גזע בבריטניה ביקש אישור לשנות עוברים אנושיים בניסיון להבין את ההתפתחות האנושית המוקדמת, ולהפחית את הסבירות להפלה. בפברואר 2016,הרשות להפריה ואמבריולוגיה (HFEA) העניקה אישור.
CRISPR-Cas9: מדוע CRISPR רע?
כאמור, Cas9 יכול לזהות רק רצפים גנטיים באורך של כ -20 בסיסים, כלומר לא ניתן למקד לרצפים ארוכים יותר.באופן משמעותי יותר, האנזים עדיין חותך במקום הלא נכון. להבין מדוע זה יהיה פריצת דרך משמעותית בפני עצמה - תיקון זה יהיה גדול עוד יותר.
ואז, כמובן, יש את הנושא ש- CRISPR לא עבד נורא טוב בעוברים אנושיים, והקשרים האחרונים שלו לסרטן.
CRISPR-Cas9: מי הבעלים של זה?
זו לא שאלה פשוטה לענות עליה. זה נתון לקרב פטנטים מתמשך - באופן מפתיע, בהתחשב בכך ש- CRISPR מופיע באופן טבעי בחיידקים מסוימים.
סקירת טכנולוגיהמסביר זאת, למרות ש- CRISPR-Cas9 תואר לראשונה במַדָעבשנת 2012 על ידי ג'ניפר דודנה מ- UC ברקלי, פנג ג'אנג ממכון ברוד זכה בפטנט על הטכניקה על ידי הגשת מחברות מעבדה שמוכיחות שהוא המציא אותה תחילה.
ראשית להגשת זכויות פטנט פירושה שיש להעניק זאת לדודנה, אך ניתן היה להחליט על ההחלטה על סמך תחילה להמציא כללים, שהיו מעדיפים את ג'אנג. בסוף, התיק נפתר בפברואר 2017 , כאשר ועדת הפטנטים האמריקאית והערעורים החליטה כי UC ברקלי יקבל את הפטנט לשימוש ב- CRISPR-Cas9 בכל תא חי, בעוד שברוד יקבל אותו בכל תא אוקריוטי - כלומר תאים בצמחים ובעלי חיים.
תמונות: פטרה ב 'פריץ , VeeDunn , גלריית התמונות של NIH , ו סטיב יורבטסון משמש תחת Creative Commons
