Мутанты - это круто, правда? Люди Икс, черепашки-ниндзя и супергерои из комиксов и фильмов поражают нас своими особыми способностями, которые были получены в результате их генетических мутаций. Тем не менее, эти вымышленные генетические мутации трудно найти - вы должны быть укушены каким-то особым пауком или подверглись воздействию какого-то радиоактивного вещества.
Но что, если делать генетические модификации не только легко, но еще и быстро и дешево? Хотели бы вы стать мутантом? Что ж, с технологией под названием CRISPR вы можете это сделать. Не поймите нас неправильно - CRISPR не превратит вас в супергероя, но это научное открытие может сильно повлиять на нас.
Сокращение откороткие палиндромные повторы с регулярно расположенными кластерами, CRISPR позволяет нам перемещать гены одного живого существа в другое, изменяя ДНК для будущих поколений. Это позволяет нам отрезать гены, которые творят ужасные вещи, например те, которые вызывают болезни, и заменить их безвредными сегментами ДНК.
В то же время технология CRISPR настолько эффективна, что люди могут начать использовать ее не только для лечения людей. Возможно, для создания более устойчивых к болезням сельскохозяйственных культур и скота. Или сделать дрожжевые мутанты, производящие топливо, которое мы сможем использовать для питания наших автомобилей. Мы могли бы стать по-настоящему изобретательными и создавать дизайнерских младенцев или даже использовать технологию во зло - создавать биологическое оружие, специфичное для каждого вида, и стирать целые виды с лица планеты.
По мере того, как мы узнаем больше о том, что MIT Technology Review назвало «крупнейшим биотехнологическим открытием века», нам также необходимо подумать о том, когда мы должны использовать CRISPR и как его следует регулировать.
История ГМО
Хотя технология CRISPR довольно крутая, в генетических модификациях людей различных организмов нет ничего нового. Что касается низкотехнологичных технологий, то мы долгое время занимались селекционным разведением сельскохозяйственных культур. Когда фермеры наткнулись на сочный апельсин или ярко окрашенный помидор, они сохранили эти желательные гены, посадив семена этого растения.
Но в последние годы мы подняли биотехнологии на ступеньку выше. В начале 2000-х годов ученые выяснили, как использовать ферменты, называемые нуклеазами цинковых пальцев, для удаления и замены определенных нежелательных генов в различных организмах. Однако ферменты с цинковыми пальцами были дорогими (более 5000 долларов за штуку), их было трудно производить, а вероятность успеха была неоптимальной.
Таким образом, пока существовала технология редактирования генов, только когда появился CRISPR, идея преднамеренного изменения ДНК организма казалась доступной. Первое упоминание о CRISPR было в журнальной статье 1987 года, в которой ученые сообщили об обнаружении коротких повторов ДНК, лежащих в основе технологии у бактерий E. coli. Но только в 2012 году CRISPR стал актуальным. С тех пор использование CRISPR резко возросло в научном сообществе. Более миллиарда долларов было собрано в качестве стартового капитала для биотехнологических компаний, использующих этот метод. Государственное финансирование исследований CRISPR также зашкаливает.
Только в 2014 году Национальные институты здравоохранения выделили около 90 миллионов долларов на исследования CRISPR. А с 2010 года было подано более 200 патентов, связанных с CRISPR. Быстрый темп исследований, похоже, не замедляется. Чем больше ученые узнают о CRISPR, тем меньше они узнают о том, насколько этот метод ограничен, и вместо этого узнают, насколько он мощен. Т
Так что же делает эту технику такой мощной?
Бактериальные убийцы
В 1987 году ученые, изучавшие кишечную палочку, обнаружили повторяющиеся сегменты в ДНК бактерии. Этот тип паттерна в бактериальной ДНК необычен, поэтому они оживились, когда заметили его, и сообщили о находке. Со временем ученые начали замечать этот паттерн у многих различных типов бактерий, но до сих пор не было гипотезы о том, что это такое и почему оно существует. Но в 2005 году поиск в базе данных ДНК показал, что «сгруппированные короткие палиндромные повторы с регулярными промежутками» (или CRISPR) соответствуют ДНК вируса.
Но зачем бактериям укрывать ДНК вируса? Ученый Юджин Кунин выдвинул гипотезу, что, когда бактерии переживают вирусную атаку, они разрезают вирус на мелкие кусочки и сохраняют часть вирусной ДНК в своем собственном геноме, чтобы впоследствии они могли распознать и атаковать вирус, если им случится встретиться с ним снова. По сути, они хранят фотографию вируса в заднем кармане, чтобы узнать плохого парня, если он когда-нибудь снова появится - замечательный защитный механизм бактериальной иммунной системы.
Гипотеза Кунина оказалась верной. Если этот вирус поражает снова, бактерии производят специальных «убийц». Эти убийцы могут прочитать последовательность РНК любой вирусной ДНК, с которой они столкнутся, распознать, соответствует ли она информации, которую они хранят в своей ДНК, поймать ее в ловушку и измельчить. Как будто бактерии создали очень специфические умные ножницы.
Это открытие было довольно крутым, но не таким крутым, как то, что ученый из Калифорнийского университета в Беркли Дженнифер Дудна (которая с тех пор получила Нобелевскую премию по химии 2020 года вместе с Эммануэль Шарпантье за свою работу над CRISPR) думала сделать с информация. Она предположила, что ученые могут использовать CRISPR в качестве инструмента для редактирования генов. Если бы они снабдили бактерии сегментом ДНК, который, как известно, является плохим - скажем, геном, вызывающим слепоту, - они могли бы отправить бактерии на поиски плохого гена, где бактерии найдут его и убьют. И тогда мы могли бы воспользоваться естественным механизмом восстановления в бактериальных клетках, чтобы поставить на его место более желательный ген.
Сработало! И продолжал работать! Обращение мутаций, вызывающих слепоту, было лишь одним из способов, с помощью которых CRISPR продемонстрировал свою эффективность. Она остановила размножение раковых клеток, сделала клетки невосприимчивыми к ВИЧ, помогла нам создать устойчивые к болезням пшеницу и рис и сделала множество других достижений. В 2015 году китайские ученые даже пытались использовать эту технологию на нежизнеспособных человеческих эмбрионах, но только в нескольких случаях CRISPR делал правильные надрезы в ДНК.
Но возникает вопрос: хотим ли мы вообще использовать его на эмбрионах? Должны ли мы быть разрешены? Кто будет регулировать использование CRISPR?
Дети-конструкторы, инвазивные мутанты и биология своими руками
Технология CRISPR настолько относительно нова, что научному сообществу еще предстоит полностью осознать всю ее мощь. Но одно можно сказать наверняка - они знают, что его способность воздействовать на человеческую расу не имеет себе равных ни в одной другой биотехнологии. При таком огромном потенциале необходимо разработать правила его использования. Но головокружительный темп, с которым проводятся исследования в лаборатории, оставляет мало времени для обсуждения того, какими должны быть правила исследования и использования. Звучит здорово, что CRISPR может отсекать плохие, нежелательные гены и заменять их более желательными. Но кто скажет, что плохо, а что хорошо?
Без каких-либо правил CRISPR может быть разработан до такой степени, что его можно будет безопасно использовать на человеческом эмбрионе для изменения его ДНК. Откажется ли кто-нибудь из родителей от CRISPR, если узнает, что у их ребенка есть ген болезни Гентингтона и что CRISPR может удалить его еще до рождения ребенка? И если бы мы позволили родителям принимать эти решения о вмешательстве в ДНК своего ребенка до того, как он или она родится, где бы это остановилось? Могли бы они решить сделать своего ребенка высоким, а не низким? Блондинка вместо брюнетки? Изменения, которые родители могли бы передать своему ребенку, были бы постоянными и передавались бы из поколения в поколение. Если этот сценарий сработает, легко увидеть, как он может увеличить разрыв между имущими и неимущими. И мы не знаем, что может произойти в долгосрочной перспективе с ребенком, чьи гены заменены.
В декабре 2015 года группа ученых, специалистов по биоэтике и политических экспертов из разных стран встретилась, чтобы обсудить регулирование редактирования генов человека. Один американский эксперт упомянул, что Управлению по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов необходимо регулировать не только технологию, но и конкретные виды ее использования, чтобы предотвратить использование не по прямому назначению. Она также упомянула, что редактирование генов растений может быть более рискованным, чем редактирование генов человека.
Благодаря огромной мощи этой технологии вопросы о CRISPR необходимо решать отдельно от вопросов о генетически модифицированных организмах. Тем не менее, объединение всех пользователей по всему миру на одной странице по-прежнему будет проблемой.
Примечание автора: как работает редактирование генов CRISPR
Написание подобных статей меня пугает. Эта технология такая захватывающая. Последствия, как правило, кажутся очень крутыми, но также кажется, что мы начали так много разбираться в том, как манипулировать жизнью с помощью технологий, что в какой-то момент мы обязательно облажаемся. CRISPR дает нам так много возможностей - и так, как мы не можем предвидеть. Мир устроен хорошо, понимаете? Возиться с этим просто страшно. С другой стороны, как мы могли игнорировать такую мощную технику, которая может помочь нам во многих отношениях?