Selgitatud: Nobeli keemiaauhind kääride eest geenide redigeerimiseks

Emmanuelle Charpentier ja Jennifer Doudna jagavad auhinda CRISPR-i keemia eest, mis võimaldab teadlastel geneetilises järjestuses 'lõigata-kleepida'. Sellel on mitmesuguseid kasutusvõimalusi, kuid see tekitab ka eetilisi probleeme.

Esiteks loovad teadlased kunstlikult juht-RNA, mis aitab viia geneetilised käärid genoomis sellesse kohta, kus lõige tehakse. Geeni redigeerimiseks kujundavad nad spetsiaalselt väikese DNA malli. Kui rakk lõikehaava parandab, kasutab see seda DNA malli. See muudab genoomi koodi. (Johan Jarnestad / Rootsi Kuninglik Teaduste Akadeemia)

Selle lihtsust on sageli võrreldud mehhanismiga „Lõika-kopeeri-kleebi” mis tahes tekstitöötlusprogrammis (või tõenäoliselt sama levinud mehhanismiga „Otsi-asenda”), samas kui selle kasutamine võib potentsiaalselt muuta inimesi ja kõiki teisi eluvorme. See võib potentsiaalselt kõrvaldada geneetilised ja muud haigused, mitmekordistada põllumajanduslikku tootmist, parandada deformatsioone ja isegi avada vaidlusi tekitavamad võimalused 'disaineribeebide' loomiseks ja kosmeetilise täiuslikkuse saavutamiseks. Tegelikult saab kõike, mis on seotud geenide toimimisega, parandada või 'redigeerida'.

Geeniredigeerimise tehnoloogia CRISPR (lühend sõnast Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) on tekitanud tohutut elevust alates selle väljatöötamisest aastal 2012, nii lubaduse tõttu, et see parandab elukvaliteeti. ja selle väärkasutamise ohtudest. Sajad teadlased ja laborid on sellest ajast alates alustanud tehnoloogia kallal tööd erinevatel eesmärkidel. Viimase kaheksa aasta jooksul on tehnoloogia toonud oma arendajatele hulgaliselt auhindu ja tunnustusi. Kolmapäeval kulmineerus see Nobeli keemiaauhinnaga kahele naisele, kes selle kõige alustasid, 52-aastasele prantslannale Emmanuelle Charpentier'le ja 56-aastasele ameeriklannale Jennifer Doudnale.

See on võib-olla ainus kord Nobeli preemia ajaloos, kui kaks naist on kuulutatud ainsaks võitjaks.

Tehnoloogia

Geenijärjestuste redigeerimine või muutmine pole midagi uut. See on toimunud juba mitu aastakümmet, eriti põllumajanduses, kus mitmeid põllukultuure on geneetiliselt muundatud, et anda teatud tunnuseid.

Kuid see, mida CRISPR on teinud, on muutnud geenide redigeerimise väga lihtsaks ja lihtsaks ning samal ajal äärmiselt tõhusaks. Ja võimalused on peaaegu lõputud, ütles Debojyoti Chakraborty, kes töötab selle tehnoloogiaga New Delhis asuvas CSIR-i genoomika ja integreeriva bioloogia instituudis.

Sisuliselt töötab tehnoloogia lihtsal viisil – see tuvastab geneetilises järjestuses konkreetse piirkonna, mis on diagnoositud probleemi põhjuseks, lõikab selle välja ja asendab selle uue ja õige järjestusega, mis ei põhjusta enam probleem.

Tehnoloogia kordab mõne bakteri loomulikku kaitsemehhanismi, mis kasutab enda kaitsmiseks viirusrünnakute eest sarnast meetodit.

RNA molekul on programmeeritud tuvastama konkreetse probleemse järjestuse asukohta DNA ahelas ning probleemse järjestuse purustamiseks ja eemaldamiseks kasutatakse spetsiaalset valku nimega Cas9, mida populaarses kirjanduses sageli kirjeldatakse kui 'geneetilist kääri'. Kui DNA ahel puruneb, on sellel loomulik kalduvus end parandada. Kuid automaatse paranduse mehhanism võib põhjustada probleemse jada uuesti kasvu. Teadlased sekkuvad sellesse automaatse parandusprotsessi, varustades soovitud geneetiliste koodide jada, mis asendab esialgse järjestuse. See on nagu pika tõmbluku osa lõikamine kuskil vahepeal ja selle osa asendamine värske segmendiga.

Express Explainedon nüüd sisse lülitatudTelegramm. Klõpsake siin, et liituda meie kanaliga (@ieexplained) ja olge kursis viimastega

Kuna kogu protsess on programmeeritav, on sellel märkimisväärne tõhusus ja see on juba toonud peaaegu imelisi tulemusi. On palju haigusi ja häireid, sealhulgas mõned vähivormid, mis on põhjustatud soovimatust geneetilisest mutatsioonist. Seda kõike saab selle tehnoloogiaga parandada. Ka mujal on tohutult rakendusi. Haigusi põhjustavate organismide geneetilisi järjestusi saab muuta, et muuta need ebatõhusaks. Taimede geene saab muuta, et need taluksid kahjureid või parandaksid nende taluvust põua või temperatuuri suhtes.

Mõju poolest on see võib-olla kõige olulisem avastus bioteadustes pärast DNA molekuli kaksikheeliksi struktuuri avastamist 1950. aastatel, ütles Siddharth Tiwari Mohalis asuvast riiklikust põllumajandusliku toidu biotehnoloogia instituudist, kes on olnud kasutades CRISPR-tehnoloogiat banaanitaime geenidel.

Emmanuelle Charpentier ja Jennifer Doudna, et avastasid CRISPR/Cas9 geneetilised käärid, mida saab kasutada elusolendite DNA muutmiseks.

Võitjad

Charpentier ja Doudna töötasid iseseisvalt, kui komistasid erineva teabe otsa, mis hiljem selle tehnoloogia arendamiseks kokku tulid. Toona Rootsis laboris töötanud bioloog Charpentier vajas biokeemiku teadmisi, et töödelda uut teavet, mida ta oli saanud konkreetse bakteri Streptococcus pyogenes, mille kallal ta oli töötanud, geneetiliste järjestuste kohta.

Ta oli kuulnud Doudna tööst California ülikoolis Berkeleys ja Nobeli preemia veebisaidil avaldatud konto kohaselt kohtusid nad 2011. aastal Puerto Ricos toimunud teaduskonverentsil. Chapentier tegi ettepaneku koostööks, millega Doudna nõustus. Seejärel tegid nende uurimisrühmad järgmisel aastal pika vahemaa koostööd. Aastaga olid nad suutnud välja tulla revolutsioonilise geenide redigeerimise tehnoloogiaga.

Selle tehnoloogia arendamisse andsid olulise panuse ka mitmed teised teadlased ja uurimisrühmad. Keegi nagu Virginijus Siksnys, Leedus Vilniuse ülikoolis töötav biokeemik, on selle tehnoloogia kaasleiutajana laialdaselt tunnustatud. Tegelikult jagas Siksnys selle tehnoloogia eest Doudna ja Chapentier'ga 2018. aasta Kavli auhinda nanoteaduses. Kuid kahe naise oluline panus on vaieldamatu. Nende saavutusi on viimastel aastatel tunnustatud mitmete mainekate auhindade kaudu, sealhulgas 2015. aasta bioteaduste läbimurdeauhind ja selle aasta alguses välja antud Wolfi auhind meditsiinis.

Teadusringkondades on kuulda olnud nurinat selle üle, et keemia-Nobel läks bioloogidele. Kuid ilmselt pole see uus nähtus. Keemia keskne roll bioteadustes – molekulaarsel tasandil on bioloogia sisuliselt keemia – on taganud selle, et viimasel ajal on biokeemia valdkonnas tehtud töö eest antud järjest rohkem Nobeli auhindu. Tegelikult on selle aasta alguses avaldatud uurimistöö juhtinud tähelepanu sellele järkjärgulisele nihkele keemiaauhinna olemuses. Kuningliku keemiaühingu väljaantava uudisteajakirja Chemistry World andmetel on seni keemia Nobeli auhinna saanud 189 teadlasest 59 töötanud biokeemia alal. Seda oli rohkem kui ükski teine ​​keemiaharu.

Loe ka | Nobeli preemiad selle eest Füüsika ja Ravim

Eetilised mured

2018. aasta novembris tekitas Hiina teadlane Shenzenis rahvusvahelist sensatsiooni väitega, et ta oli muutnud inimembrüo geene, mille tulemusel sündisid lõpuks kaksikud beebitüdrukud. See oli esimene dokumenteeritud juhtum, kus uute geenide redigeerimise tööriistade (nt CRISPR) abil toodeti 'disaineribeebi', mis tõstatas täpselt sellised eetilised probleemid, millest Doudna-sugused teadlased on rääkinud.

Hiina kaksikute puhul muudeti geene tagamaks, et nad ei nakatuks HIV-sse, AIDS-i põhjustavasse viirusesse. Selle erilise tunnuse päranduksid siis ka nende järgmised põlvkonnad. Muret tekitas mitte niivõrd tehnoloogia kasutamise põhjus, kuivõrd teatud geneetiliste tunnustega imikute sünnitamise eetika. Teadlased märkisid, et antud juhul on probleemil, potentsiaalsel HIV-viirusega nakatumisel, juba muud alternatiivsed lahendused ja ravimeetodid. Asja tegi hullemaks see, et geenide redigeerimine tehti tõenäoliselt ilma regulatiivse loata või järelevalveta. Teised juhtisid tähelepanu ka sellele, et kuigi CRISPR-tehnoloogia oli uskumatult täpne, ei olnud see 100 protsenti täpne ja on võimalik, et ka mõned teised geenid võivad kogemata muutuda.

Doudna ise on võidelnud CRISPR-tehnoloogia kasutamise rahvusvaheliste reeglite ja juhiste väljatöötamise eest ning on propageerinud selliste rakenduste üldist peatamist kuni selle ajani.

Jagage Oma Sõpradega: