معلومة

حدود التحرير الجيني

حدود التحرير الجيني



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

كنت أقرأ بعض المقالات حول تقنية كريسبر وعالم تحرير الجينات ، ولكن بعد ذلك خطرت ببالي الكثير من الأسئلة التي لم أجد أي إجابة لها عبر الإنترنت. هذه كلها تتعلق إلى أي مدى يمكننا تحرير كائن حي. إذن هنا هو السؤال العام ، يليه البعض الآخر لتضييق نطاق هذا الموضوع العريض قليلاً:

ما هي حدود الطبعة الجينية؟

  1. هل يمكن تعديل الجينات في كل جسده؟ (كإنسان أو كائن متعدد الخلايا)
  2. ما هي المخاطر؟ سمعت أن بعض الأشخاص الذين حاولوا العلاج الجيني انتهى بهم الأمر بتحويل بعض خلاياهم المعدلة إلى سرطان. هل كان ذلك بسبب عدم توافق الجينات أم بسبب خطأ أثناء عملية تحرير الجينات؟
  3. هل يمكننا الذهاب إلى أبعد من إضافة بعض الكروموسومات أو تغيير كروموسوم كامل؟ على سبيل المثال ، إذا رغب رجل في تغيير جنسه ، فهل يمكنه تحويل كل ما لديه من Y إلى X؟

تحرير: قررت قبول الإجابة منMattDMo. ومع ذلك ، ما زلت مهتمًا ببعض التطوير (أدلة مع تقنيات أخرى ...)


سؤالك واسع للغاية ، لكنني سأحاول معالجة كل نقطة من نقاطك بإيجاز.

  1. سيكون من المستحيل تقريبًا تعديل الجينات في كل خلية من خلايا الكائن البشري أو أي كائن معقد آخر بسبب عدد الخلايا (وإمكانية الوصول إليها). يوجد إنسان كامل في حي 30 تريليون الخلايا - 30.000.000.000.000. الخلايا الموجودة في مواقع مثل الدماغ والجهاز العصبي المركزي محمية بواسطة الحاجز الدموي الدماغي ، والذي من شأنه أن يمنع معظم نواقل العلاج الجيني من الوصول إلى تلك الخلايا. هناك أسباب أخرى تجعل من المستحيل تقريبًا تعديل كل خلية في الجسم ، مثل تراكم النواقل في الكبد ، ولكن هذا أحد الأسباب الرئيسية.

  2. يعتبر السرطان بالفعل خطرًا من العلاج الجيني بشكل عام ، على الرغم من أن تقنيات تحرير الحمض النووي مثل CRISPR على وجه الخصوص لها مخاطر أقل بسبب الظروف المحيطة بالضبط بكيفية توصيل العلاج إلى نواة الخلية حيث يوجد الحمض النووي. تشمل المخاطر الأخرى الالتهاب الجهازي الخطير أو المميت بسبب رد الفعل المناعي للناقل الفيروسي الذي يحمل "آلية" كريسبر. يمكن أن تحدث التأثيرات غير المستهدفة بسبب استهداف الخلايا الخاطئة (على الرغم من أن هذا الخطر يكون أقل بشكل عام مع كريسبر). بالإضافة إلى ذلك ، هناك فرصة صغيرة جدًا ولكنها غير صفرية لاستعادة الناقل المعدّل وراثيًا بطريقة ما قدرته الأصلية على العدوى. ومع ذلك ، فقد قللت الأجيال الجديدة من العلاج الجيني هذه الفرصة بشكل كبير.

  3. باختصار شديد ، لا. يتكون الحمض النووي من "أحرف" (A و T و C و G) تسمى القواعد أو أزواج القواعد ، وتعمل تركيبات CRISPR النموذجية فقط على 10-20 قاعدة على الأكثر - وعادة ما يتم تغيير واحد أو زوجين. يمتلك كروموسوم بشري نموذجي ملايين من أزواج القواعد التي تضم مئات إلى آلاف الجينات ، لذا فإن تعديل أو إضافة أو إزالة كروموسوم كامل هو ببساطة خارج نطاق الاحتمال باستخدام هذه التقنية.


يناقش العلماء إلى أي مدى يذهبون في تعديل الجينات البشرية

ديفيد بالتيمور الحائز على جائزة نوبل من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا يتحدث إلى المراسلين في القمة الدولية للأكاديمية الوطنية للعلوم حول تحرير الجينات البشرية ، يوم الثلاثاء في واشنطن العاصمة ، يناقش مئات العلماء وعلماء الأخلاق من جميع أنحاء العالم كيفية التعامل مع التكنولوجيا التي تجعل من السهل تحرير الشفرة الوراثية البشرية. سوزان والش / ا ف ب إخفاء التسمية التوضيحية

ديفيد بالتيمور الحائز على جائزة نوبل من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا يتحدث إلى المراسلين في القمة الدولية للأكاديمية الوطنية للعلوم حول تحرير الجينات البشرية ، يوم الثلاثاء في واشنطن العاصمة ، يناقش مئات العلماء وعلماء الأخلاق من جميع أنحاء العالم كيفية التعامل مع التكنولوجيا التي تجعل من السهل تحرير الشفرة الوراثية البشرية.

الاحتباس الحراري ليس القضية الوحيدة المحيرة التي واجهها العالم هذا الأسبوع.

بينما اجتمع المندوبون في باريس لمناقشة تغير المناخ ، انعقدت القمة الدولية لتحرير الجينات البشرية في واشنطن العاصمة ، لمناقشة معضلة أخرى: إلى أي مدى يجب أن يذهب العلماء عند تحرير الحمض النووي البشري؟

كان التركيز الرئيسي هو ما إذا كان ينبغي السماح للعلماء باستخدام تقنيات هندسة وراثية جديدة قوية لتعديل الجينات في البويضات البشرية أو الحيوانات المنوية أو الأجنة - وهي خطوة مثيرة للجدل للغاية تثير مجموعة من القضايا الشائكة المتعلقة بالسلامة والأخلاق.

في نهاية الاجتماع يوم الخميس ، خلص منظمو المؤتمر إلى أنه سيكون من "غير المسؤول المضي قدما" في أي محاولة لإنجاب طفل من بويضات بشرية أو حيوانات منوية أو أجنة تم تغييرها ، بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة والأخلاق.

وقالت اللجنة في بيان إن البحث "الأساسي المكثف" مطلوب بشكل واضح ويجب أن يستمر "لاستكشاف الأمان والفوائد المحتملة لتعديل هذا النوع من الحمض النووي.

قال ديفيد بالتيمور ، عالم الأحياء الحائز على جائزة نوبل والذي ترأس اللجنة: "هذا البيان هو ردنا على سؤال ما إذا كان يجب أن يكون هناك حظر" على أي بحث إضافي.

والجدير بالذكر أن المنظمين لم يستبعدوا إمكانية استخدام تحرير الجينات يومًا ما لخلق البشر ، مع "تقدم المعرفة العلمية وتطور الآراء المجتمعية".

ودعا المنظمون إلى إنشاء منتدى مستمر لمواصلة تقييم حالة البحث واستعداد المجتمع.

اجتمع ما يقرب من 500 عالم وطبيب وخبير في أخلاقيات علم الأحياء وخبراء قانونيين ومؤرخين ومدافعين عن المرضى وغيرهم لحضور القمة ، التي رعتها الأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم ، والأكاديمية الوطنية الأمريكية للطب ، والأكاديمية الصينية للعلوم ، والجمعية الملكية البريطانية. .

حضرت لجنة دولية نظمتها الأكاديميات الأمريكية القمة كجزء من عملية تقصي الحقائق لإصدار توصيات بشأن المبادئ التوجيهية المحتملة لتحرير الجينات. ومن المتوقع أن يكون هذا العام المقبل.

تم عقد الاجتماع بسبب المخاوف المتزايدة التي أثارها تطوير تقنيات تحرير الجينات مثل CRISPR-Cas9. تسمح هذه التقنيات للعلماء بإجراء تغييرات دقيقة للغاية في الحمض النووي بسهولة أكبر من أي وقت مضى.

يعتقد العلماء أن التقنيات الجديدة ستنتج العديد من الفوائد ، مثل إيجاد طرق جديدة للوقاية من الأمراض وعلاجها ، بما في ذلك الإيدز والسرطان والزهايمر.

لكن القدرة على تعديل الحمض النووي بهذه السهولة تثير أيضًا مخاوف كثيرة ، لا سيما بشأن احتمال تغيير الحمض النووي البشري منذ البداية. اكتشف العلماء كيف يمكن أن يؤدي تغيير الحيوانات المنوية والبويضات والأجنة إلى رؤى جديدة مهمة في علم الأحياء البشري الأساسي وتطوره ، ويساعد في الوقاية من العديد من الأمراض الوراثية وعلاجها ، بما في ذلك مرض هنتنغتون والتليف الكيسي ومرض تاي ساكس.

لكن تغيير ما يسمى بالخط الجرثومي بهذه الطريقة كان يعتبر منذ فترة طويلة أمرًا محظورًا. ذلك لأن مثل هذه التغييرات يمكن أن تنتقل إلى الأجيال القادمة. يمكن أن تؤدي الأخطاء عن غير قصد إلى ظهور أمراض جديدة في مجموعة الجينات البشرية.

هناك مخاوف أخرى تتمثل في أن اتخاذ هذه الخطوة سيفتح الباب أمام الأطفال المصممين - مما يخلق أطفالًا أكثر ذكاءً ، أو أطول ، أو أذكى ، أو لديهم سمات أخرى يُفترض أنها مرغوبة.

خلال ملاحظاته الافتتاحية ، أشار بالتيمور إلى كتاب ألدوس هكسلي لعام 1932 عالم جديد شجاع. وقالت بالتيمور: "التحذير المتضمن في كتابه هو تحذير يجب أن نتعامل معه بجدية اليوم لأننا نواجه احتمال وجود وسائل جديدة وقوية للسيطرة على طبيعة البشر".

ذكر متحدث آخر ، دانيال كيفليس ، مؤرخ الطب بجامعة ييل ، الجمهور بأن علم تحسين النسل كان مقبولًا على نطاق واسع في الولايات المتحدة. قال كيفليس: "علم تحسين النسل لم يكن فريدًا بالنسبة للنازيين ، فقد حدث في كل مكان".

أكد العديد من العلماء أنهم ليسوا قريبين من امتلاك القدرة على هندسة السمات المعقدة وراثيًا. لكن أحد علماء الوراثة البارزين تكهن بأن محاولات تعزيز الجنس البشري يمكن أن تبدأ بالبحث الطبي.

يستمع جورج تشيرش من كلية الطب بجامعة هارفارد إلى مناقشة حول سلامة وأخلاقيات تحرير الجينات البشرية في اجتماع قمة يوم الثلاثاء. سوزان والش / ا ف ب إخفاء التسمية التوضيحية

يستمع جورج تشيرش من كلية الطب بجامعة هارفارد إلى مناقشة حول سلامة وأخلاقيات تحرير الجينات البشرية في اجتماع قمة يوم الثلاثاء.

قال جورج تشرش من جامعة هارفارد: "أعتقد أن التعزيزات ستدخل في باب علاج الأمراض الخطيرة". قال تشرش إن القدرة على تحسين الذاكرة قد تبدأ بالبحث الذي يهدف إلى علاج مرض الزهايمر ، على سبيل المثال.

يبدو أن هناك اتفاقًا عامًا على أن المخاوف المتعلقة بالسلامة تجعل من السابق لأوانه محاولة إنجاب طفل باستخدام بويضات أو أجنة أو حيوانات منوية ذات حمض نووي معدل. ولكن هناك انقسام حول ما يجب السماح به دون ذلك.

دعا البعض ، مثل عالمة الأخلاقيات الحيوية الكاثوليكية هيل هيكر من جامعة لويولا في شيكاغو ، إلى وقف أي تجارب ، على الأقل حتى يتوفر للعلماء المزيد من الوقت لفهم كيفية استخدام تقنيات تحرير الجينات الجديدة ، ويكون لدى المجتمع المزيد من الوقت لمناقشة القضايا المعقدة. يرفعون.

خشي آخرون من أن الوقف الاختياري قد يعيق مجالًا واعدًا في لحظة مهمة. جادلوا بأن الدراسات الأساسية في المختبر يجب أن تستمر.

قال جون هاريس ، أستاذ أخلاقيات علم الأحياء بجامعة مانشستر في إنجلترا: "لدينا جميعًا واجب أخلاقي لا مفر منه: مواصلة البحث العلمي إلى الحد الذي يمكننا عنده اتخاذ قرار منطقي". "يبدو لي أن النظر في الوقف هو مسار خاطئ. البحث ضروري."

لكن جينيفر دودنا من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، وهي رائدة في تطوير تقنية CRISPR-Cas9 ، كررت موقفها بأن البحث الذي يتضمن هذه التقنية يجب أن يستمر بحذر.

حدثت إحدى أكثر اللحظات عاطفية عندما خاطبت سارة جراي من الجمعية الأمريكية لبنوك الأنسجة لجنة من العلماء من الجمهور. تختنق جراي بالدموع ، ووصفت كيف عانى ابنها قبل وفاته من اضطراب وراثي بعد ستة أيام من ولادته. قال جراي: "إذا كانت لديك المهارات والمعرفة لإصلاح هذه الأمراض ، فحينئذٍ افعل ذلك."


مراجع

دودنا جا ، شاربينتير إي. تحرير الجينوم. الحدود الجديدة لهندسة الجينوم مع تقنية CRISPR-Cas9. علم. 2014346 (6213): 1258096. دوى: 10.1126 / العلوم .1258096.

Barrangou R. تنوع أنظمة المناعة والآلات الجزيئية CRISPR-Cas. جينوم بيول. 201516: 247. دوى: 10.1186 / s13059-015-0816-9.

Fonfara I و Le Rhun A و Chylinski K و Makarova KS و Lecrivain AL و Bzdrenga J وآخرون. تحدد سلالة Cas9 قابلية التبادل الوظيفي لـ RNA المزدوج و Cas9 بين أنظمة متعامدة من النوع II CRISPR-Cas. الدقة الأحماض النووية. 201442 (4): 2577–90. دوى: 10.1093 / nar / gkt1074.

Esvelt KM، Mali P، Braff JL، Moosburner M، Yaung SJ، Church GM. بروتينات Cas9 المتعامدة لتنظيم وتحرير الجينات الموجهة بالـ RNA. طرق نات. 201310 (11): 1116–21. دوى: 10.1038 / نميث .2681.

Ran FA و Cong L و Yan WX و Scott DA و Gootenberg JS و Kriz AJ et al. تحرير الجينوم في الجسم الحي باستخدام Staphylococcus aureus Cas9. طبيعة سجية. 2015520 (7546): 186–91. دوى: 10.1038 / nature14299.

Zetsche B ، Gootenberg JS ، Abudayyeh OO ، Slaymaker IM ، Makarova KS ، Essletzbichler P ، et al. Cpf1 هو نوكلياز داخلي واحد موجه من RNA لنظام CRISPR-Cas من الفئة 2. زنزانة. 2015163 (3): 759-71. دوى: 10.1016 / j.cell.2015.09.038.

شماكوف إس ، أبو دية أوو ، ماكاروفا كانساس ، وولف يي ، جوتنبرغ شبيبة ، سيمينوفا إي وآخرون. الاكتشاف والتوصيف الوظيفي لأنظمة CRISPR-Cas المتنوعة من الفئة 2. خلية مول. 201560 (3): 385-97. دوى: 10.1016 / j.molcel.2015.10.008.

Karvelis T و Gasiunas G و Young J و Bigelyte G و Silanskas A و Cigan M et al. التوصيف السريع لعناصر تسلسل الزخرفة المجاورة لـ CRISPR-Cas9. جينوم بيول. 201516: 253. دوى: 10.1186 / s13059-015-0818-7.

Knight SC ، و Xie L ، و Deng W ، و Guglielmi B ، و Witkowsky LB ، و Bosanac L ، وآخرون. ديناميات استجواب الجينوم CRISPR-Cas9 في الخلايا الحية. علم. 2015350 (6262): 823-6. دوى: 10.1126 / العلوم. aac6572.

ستيرنبرغ ش ، لافرانس ب ، كابلان إم ، دودنا جا. التحكم التوافقي في الانقسام المستهدف للحمض النووي بواسطة CRISPR-Cas9. طبيعة سجية. 2015527 (7576): 110-3. دوى: 10.1038 / nature15544.

Jasin M، Rothstein R. إصلاح شقوق الخصلة عن طريق إعادة التركيب المتماثل. كولد سبرينج هارب بيرسبكت بيول. 20135 (11): a012740. دوى: 10.1101 / cshperspect.a012740.

جراهام دي بي ، جذر دي. موارد لتصميم تجارب تحرير الجينات CRISPR. جينوم بيول. 201516: 260. دوى: 10.1186 / s13059-015-0823-x.

Wong N، Liu W، Wang X. WU-CRISPR: خصائص الدليل الوظيفي RNAs لنظام CRISPR / Cas9. جينوم بيول. 201516: 218. دوى: 10.1186 / s13059-015-0784-0.

Xi L، Schmidt JC، Zaug AJ، Ascarrunz DR، Cech TR. توفر إستراتيجية تحرير الجينوم الجديدة المكونة من خطوتين باستخدام CRISPR-Cas9 رؤى جديدة حول عمل التيلوميراز والتعبير الجيني TERT. جينوم بيول. 201516: 231. دوى: 10.1186 / s13059-015-0791-1.

جيانغ بي ، وانغ إتش ، لي دبليو ، زانغ سي ، لي بي ، وونغ واي جي ، وآخرون. تحليل شبكة الجينات الأساسية في تجارب الجينوميات الوظيفية. جينوم بيول. 201516: 239. دوى: 10.1186 / s13059-015-0808-9.

سنجر إم ، مارشال جيه ، هيس ك ، ماير جر ، جريم د ، مولر إيه كيه ، وآخرون. تعمل فواصل الشرائط المزدوجة القائمة على نوكلياز إصبع الزنك على إضعاف طفيليات الملاريا وتكشف عن انضمام طرف نادر بوساطة علم الأحياء الدقيقة. جينوم بيول. 201516: 249. دوى: 10.1186 / s13059-015-0811-1.

سيرماك تي ، بالتيس نيوجيرسي ، سيغان آر ، تشانغ واي ، فويتاس دي إف. تعديل عالي التردد ودقيق لجينوم الطماطم. جينوم بيول. 201516: 232. دوى: 10.1186 / s13059-015-0796-9.

Wang ZP و Xing HL و Dong L و Zhang HY و Han CY و Wang XC وآخرون. يولد CRISPR / Cas9 الذي يتحكم فيه المروج الخاص بخلايا البيض بكفاءة طفرات متماثلة اللواقح لجينات مستهدفة متعددة في نبات الأرابيدوبسيس في جيل واحد. جينوم بيول. 201516: 144. دوى: 10.1186 / s13059-015-0715-0.

علي زد ، أبو الفرج أ ، إدريس أ ، علي س ، طاشكندي م ، محفوظ مم. التداخل الفيروسي بوساطة كريسبر / كاس 9 في النباتات. جينوم بيول. 201516: 238. دوى: 10.1186 / s13059-015-0799-6.

Lawrenson T و Shorinola O و Stacey N و Li C و Ostergaard L و Patron N وآخرون. تحريض الطفرات المستهدفة القابلة للوراثة في الشعير و Brassica oleracea باستخدام نوكلياز Cas9 الموجه بالـ RNA. جينوم بيول. 201516: 258. دوى: 10.1186 / s13059-015-0826-7.

Woo JW و Kim J و Kwon SI و Corvalan C و Cho SW و Kim H وآخرون. تحرير الجينوم الخالي من الحمض النووي في النباتات ذات البروتينات النووية CRISPR-Cas9 المجمعة مسبقًا. Nat Biotechnol. 201533: 1162-4. دوى: 10.1038 / nbt.3389.

وانغ واي ، تشنغ إكس ، شان كيو ، زانغ واي ، ليو جي ، جاو سي ، وآخرون. يمنح التحرير المتزامن لثلاثة موازين متجانسة في قمح الخبز سداسي الصبغيات مقاومة وراثية للبياض الدقيقي. Nat Biotechnol. 201432 (9): 947-51. دوى: 10.1038 / nbt.2969.

شان كيو ، وانغ واي ، لي جي ، زانغ واي ، تشن ك ، ليانج زد ، وآخرون. تعديل الجينوم المستهدف لنباتات المحاصيل باستخدام نظام CRISPR-Cas. Nat Biotechnol. 201331 (8): 686-8. دوى: 10.1038 / nbt.2650.

Nekrasov V ، Staskawicz B ، Weigel D ، Jones JD ، Kamoun S. استهدفت الطفرات في النبات النموذجي Nicotiana benthamiana باستخدام نوكلياز داخلي موجه من Cas9 RNA. Nat Biotechnol. 201331 (8): 691-3. دوى: 10.1038 / nbt.2655.

Porteus MH. نحو عصر جديد في الطب: تحرير الجينوم العلاجي. جينوم بيول. 201516: 286.

Friedland AE و Baral R و Singhal P و Loveluck K و Shen S و Sanchez M et al. توصيف Staphylococcus aureus Cas9: Cas9 أصغر لتوصيل الفيروسات المرتبطة بالغدة الكل في واحد وتطبيقات النيكاز المقترنة. جينوم بيول. 201516: 257. دوى: 10.1186 / s13059-015-0817-8.

هيلتون آي بي ، غيرسباخ كاليفورنيا. تمكين علم الجينوم الوظيفي بهندسة الجينوم. الدقة الجينوم. 201525 (10): 1442–55. دوى: 10.1101 / غرام .190124.115.

Maeder ML و Angstman JF و Richardson ME و Linder SJ و Cascio VM و Tsai SQ وآخرون. إزالة ميثيل الحمض النووي المستهدف وتنشيط الجينات الذاتية باستخدام بروتينات الاندماج TALE-TET1 القابلة للبرمجة. Nat Biotechnol. 201331 (12): 1137-1142. دوى: 10.1038 / nbt.2726.

ميندنهال إم ، ويليامسون كي ، ريون د ، زو جي ، رام أو ، جونج كيه ، وآخرون. التحرير الخاص بالموقع لتعديلات هيستون في المحسنات الذاتية. Nat Biotechnol. 201331 (12): 1133–6. دوى: 10.1038 / nbt.2701.

كونرمان إس ، بريغهام إم دي ، تريفينو إيه إي ، هسو بي دي ، هايدنريتش إم ، كونغ إل ، إت آل. التحكم البصري في النسخ الداخلي للثدييات والحالات اللاجينية. طبيعة سجية. 2013500 (7463): 472-6. دوى: 10.1038 / nature12466.

Kearns NA و Pham H و Tabak B و Genga RM و Silverstein NJ و Garber M et al. شرح وظيفي للمحسنات الأصلية مع انصهار Cas9-هيستون demethylase. طرق نات. 201512 (5): 401–3. دوى: 10.1038 / نميث 3325.

هيلتون آي بي ، ديبوليتو إيه إم ، فوكلي سي إم ، ثاكور بي ، كروفورد جي إي ، ريدي تي إي وآخرون. يعمل تحرير Epigenome بواسطة أسيتيل ترانسفيراز القائم على CRISPR-Cas9 على تنشيط الجينات من المروجين والمعززات. Nat Biotechnol. 201533 (5): 510-7. دوى: 10.1038 / nbt.3199.

Cui C و Gan Y و Gu L و Wilson J و Liu Z و Zhang B وآخرون. مثيلة الحمض النووي الخاصة بـ P16 عن طريق ميثيل ترانسفيراز بأصابع الزنك يعطل نسخ الجينات ويعزز ورم خبيث السرطان. جينوم بيول. 201516: 252. دوى: 10.1186 / s13059-015-0819-6.

ثاكور بي ، ديبوليتو إيه إم ، سونج إل ، صافي أ ، شيفاكومار إن كيه ، كابادي إيه إم ، وآخرون. تحرير إبيجينوم عالي التحديد بواسطة مثبطات CRISPR-Cas9 لإسكات العناصر التنظيمية البعيدة. طرق نات. 201512 (12): 1143-119. دوى: 10.1038 / نميث 3630.

شابيرو بي ماموث 2.0: هل ستعيد هندسة الجينوم إحياء الأنواع المنقرضة؟ جينوم بيول. 201516: 228. دوى: 10.1186 / s13059-015-0800-4.

كارول د ، شارو را. الفرص والتحديات المجتمعية لتحرير الجينوم. جينوم بيول. 201516: 242. دوى: 10.1186 / s13059-015-0812-0.

Joung JK، Voytas DF، Kamens J. تسريع البحث من خلال مستودعات الكاشف: مثال تحرير الجينوم. جينوم بيول. 201516: 255. دوى: 10.1186 / s13059-015-0830-y.


اللوائح المنقحة لوزارة الزراعة الأمريكية الخاصة بالنباتات المعدلة وراثيًا والنباتات المعدلة وراثيًا. هنا & # 8217s ماذا يعني ذلك.

الائتمان: جامعة بنسلفانيا

إشراف وزارة الزراعة الأمريكية من عام 1987 حتى الوقت الحاضر

لفهم اللوائح الجديدة لوزارة الزراعة الأمريكية بشأن مصانع جنرال إلكتريك ، من المهم معرفة كيف نظمت الوكالة مصانع جنرال إلكتريك منذ عام 1987. تنظم وزارة الزراعة الأمريكية الاستيراد ، والحركة بين الولايات ، والإطلاق البيئي لمصانع جنرال إلكتريك تحت سلطتها القانونية لإدارة "الآفات النباتية" بموجب قانون حماية النبات. "الآفة النباتية" هي أي كائن حي "يمكن أن يتسبب بشكل مباشر أو غير مباشر في إصابة أي نبات أو منتج نباتي أو التسبب في تلفه أو التسبب فيه." بموجب لوائح وزارة الزراعة الأمريكية ، تم اعتبار نبات جنرال إلكتريك آفة نباتية "محتملة" إذا كان أي من الحمض النووي الذي تم إدخاله حديثًا قد جاء من كائن حي مدرج في قائمة وزارة الزراعة الأمريكية للآفات النباتية ، أو إذا كانت طريقة إدخال الحمض النووي في جينوم النبات تنطوي على كائن حي في وزارة الزراعة الأمريكية قائمة الآفات النباتية. على سبيل المثال ، إذا تم تطوير مصنع GE باستخدام الآفات النباتية الأجرعية لإدخال حمض نووي جديد ، كما هو الحال بالنسبة للكثيرين ، تم تنظيمه. ومع ذلك ، إذا تم إدخال نفس الحمض النووي باستخدام طريقة التحويل الجيني ، فلن تنظم وزارة الزراعة الأمريكية مصنع GE.

بموجب هذه اللوائح (الموجودة في 7 CFR الجزء 340) ، طُلب من المطورين تقديم منتجات مصنع GE الخاصة بهم إلى واحدة من ثلاث عمليات إشراف قبل الإصدار البيئي.

تُستخدم العملية الأولى ، المعروفة باسم "الإخطار" ، لتنظيم التجارب الميدانية لمحطات GE منخفضة المخاطر. يزود مقدم الطلب وزارة الزراعة الأمريكية بمعلومات تفصيلية عن محاكمته ولدى الوكالة 30 يومًا لتقرر ما إذا كانت ستسمح للمحاكمة بالمضي قدمًا. يُصرح بما يصل إلى 1000 تجربة ميدانية سنويًا باستخدام هذا الإجراء.

العملية الثانية هي "السماح" ، والتي تتطلب تطبيقًا أكثر تفصيلاً لأي زراعة خارجية (على سبيل المثال ، تجربة ميدانية) لمحطات جنرال إلكتريك عالية الخطورة. بعد مراجعة الطلب ، قد تصدر وزارة الزراعة الأمريكية تصريحًا يأذن بالإفراج. أصدرت وزارة الزراعة الأمريكية مئات التصاريح منذ عام 1987.

تتضمن العملية الثالثة "التماسًا لوضع غير خاضع للتنظيم" ، حيث يطلب أحد المطورين من وزارة الزراعة الأمريكية - بناءً على أدلة من التجارب الميدانية - أن مصنع جنرال إلكتريك لا يمثل مخاطر الآفات النباتية ولم يعد يتطلب تنظيمًا. عملية الالتماس هي المسار الأساسي للتسويق وتم تحرير أكثر من 140 مصنعًا.

بالنسبة لكل عملية تنظيمية ، تضمن وزارة الزراعة الأمريكية أن مصنع جنرال إلكتريك لن يصبح آفة نباتية ويسبب ضررًا للمصالح الزراعية.

حتى عام 2011 ، كان كل مصنع جنرال إلكتريك تم اختباره في الهواء الطلق إما قد أرسل إخطارًا أو حصل على تصريح ، وأتمت جميع المصانع التجارية بشكل مرضٍ عملية تقديم الالتماس. بعد ذلك ، في عام 2011 ، أنشأت وزارة الزراعة الأمريكية عملية يمكن بموجبها لمطوري بذور جنرال إلكتريك أن يسألوا الوكالة عما إذا كانت مصانع جنرال إلكتريك التي كانوا يطورونها اللوائح المطلوبة ، أو ما إذا كانت معفاة لأنها لم تتضمن أي مكونات للآفات النباتية. ردت وزارة الزراعة الأمريكية على هذه الأسئلة "هل أنا منظم؟" استفسارات توضح ما إذا كان مصنع جنرال إلكتريك غير منظم ويمكن زراعته دون رقابة. بحلول نهاية عام 2019 ، قررت وزارة الزراعة الأمريكية أن أكثر من 85 مصنعًا لا تخضع لسلطتها التنظيمية وهي معفاة من الرقابة. لذلك ، على مدى السنوات الثماني الماضية ، شهدنا انخفاضًا في عدد مصانع جنرال إلكتريك التي تنظمها وزارة الزراعة الأمريكية. [1]

اللوائح المعدلة في 2020

القاعدة الجديدة (تسمى القاعدة المستدامة ، والبيئية ، والمتسقة ، والموحدة ، والمسؤولة ، والفعالة ، (الآمنة)) ، والتي سيتم تنفيذها على مدار 18 شهرًا القادمة ، تنطبق على الكائنات الحية المنتجة من خلال "الهندسة الوراثية" ، والتي تم تعريفها على أنها تشمل " التقنيات التي تستخدم الأحماض النووية المؤتلفة أو المركبة أو المكبرة لتعديل أو إنشاء الجينوم. " يتضمن هذا التعريف الواسع الهندسة الوراثية الكلاسيكية ، والتي تضيف جينًا جديدًا أو أكثر إلى الكائن الحي (الجينات المعدلة وراثيًا ، أو ما يعتبره المستهلكون كائنات معدلة وراثيًا) ، وتقنيات أحدث لتحرير الجينات مثل CRISPR ، والتي يمكنها إجراء تعديلات داخل الجينوم الحالي للكائن الحي.

في حين أن التعريف يلتقط جميع مصانع جنرال إلكتريك ، فإن وزارة الزراعة الأمريكية تعفي العديد منها من أي رقابة. أولاً ، يستثني المنتجات مع حذف تسلسل واحد أو استبدال أو إضافة (إذا كانت الإضافة من مجموعة جينات النبات). ثانيًا ، يستثني أي مصنع جنرال إلكتريك له نفس "آلية عمل سمة النبات" مثل أي مصنع جنرال إلكتريك سبق تنظيمه من قبل وزارة الزراعة الأمريكية. هذا يعني أنه إذا كانت وزارة الزراعة الأمريكية قد نظمت سابقًا مصنع جنرال إلكتريك ، مثل مجموعة متنوعة من الذرة التي تتحمل الغليفوسات ، يتم إعفاء الذرة الجديدة التي تتحمل الغليفوسات من جنرال إلكتريك إذا كانت تستخدم نفس آلية العمل (بمعنى أنها تعمل بيولوجيًا بنفس الطريقة لتوفير التسامح ). يمكن للمطورين أن يقرروا بأنفسهم ما إذا كانوا مؤهلين للحصول على هذه الإعفاءات ، ولا يلزم تأكيد تقرير مصيرهم من وزارة الزراعة الأمريكية ولا تحتاج الوكالة إلى إبلاغها.

إذا لم يكن مصنع GE معفيًا ، فيمكن للمطور إما: (1) التقدم بطلب للحصول على تصريح إذا كان مصنع GE به مخاطر آفات نباتية محتملة أو (2) طلب مراجعة الحالة التنظيمية (RSR). يبدأ RSR بعملية أولية مدتها 180 يومًا حيث تحدد وزارة الزراعة الأمريكية ما إذا كان مصنع جنرال إلكتريك لديه أي مخاطر محتملة للآفات النباتية. خطوة RSR الأولية هذه هي نظرة أقرب إلى مصنع GE من الخطوة الحالية "هل أنا منظم؟" العملية ، ولكنها أقل تفصيلاً من العملية المستخدمة في "الالتماسات غير الخاضعة للتنظيم". ذكرت وزارة الزراعة الأمريكية أن المراجعة الأولية لا تتطلب أي "معمل أو بيانات اختبار ميداني" خاصة بالمصنع. إذا قررت وزارة الزراعة الأمريكية أنه لا توجد مخاطر معقولة ، فإنها ترسل رسالة إلى المطور تفيد بأن المصنع غير منظم وتنشر الخطاب على موقعها على الإنترنت. إذا لم تستطع وزارة الزراعة الأمريكية أن تستنتج أنه لا توجد مخاطر معقولة ، فيمكن للمطور إما: (1) أن يطلب من وزارة الزراعة الأمريكية إجراء الجزء الثاني من RSR ، وهو تقييم مفصل لمخاطر الآفات النباتية المحتملة التي يمكن أن تستغرق ما يصل إلى 15 شهرًا) أو (2) التقدم بطلب للحصول على تصريح. إن تقييم RSR الأكثر طولًا وتفصيلاً يمكن مقارنته بعملية "الالتماس غير الخاضعة للتنظيم" الحالية وينتهي في وزارة الزراعة الأمريكية التي تحدد إما أن مصنع GE غير منظم أو أنه يحتاج إلى تصريح. إذا تلقى المطور تصريحًا من وزارة الزراعة الأمريكية ، فإن أي زراعة خارجية (على سبيل المثال ، تجربة ميدانية أو زراعة تجارية) تخضع لقيود لمنع الإطلاق غير المقصود في البيئة وأي آثار سلبية للآفات النباتية. هذه هي نفس القيود التي كانت تخضع لها جميع مصانع GE تقريبًا قبل عام 2012 بموجب عمليات الإخطار والتصاريح. فقط محطات جنرال إلكتريك التي تحصل على تصاريح تخضع لإشراف وزارة الزراعة الأمريكية.

جوانب مقلقة من الأمن

الإعفاءات هي أحد الجوانب المقلقة لقاعدة SECURE الجديدة. أولاً ، لا تدعمها أدلة علمية توضح أن هذه الفئات من النباتات المعدلة وراثيًا لا تشكل مخاطر. وبدلاً من ذلك ، تنص وزارة الزراعة الأمريكية على أنه منذ الحذف الفردي أو الاستبدال أو الإضافة ينتج نبات يمكن تحقيقه من خلال طرق التربية التقليدية ، ولأن النباتات التي يتم تربيتها بشكل تقليدي لم ترفع مخاطر الآفات النباتية ، فإن النباتات المعدلة جينيًا هي نفس المنتجات التي يمكن من خلال التربية التقليدية لن تشكل مخاطر الآفات النباتية. تكمن مشكلة هذه الحجة في أن النظام التنظيمي القائم على العلم يجب أن يبني رقابته على ما إذا كان المصنع يمتلك سمات تجعله يمثل مخاطر محتملة للنبات ، وليس طريقة إنتاج المصنع. كان أحد أسباب مراجعة وزارة الزراعة الأمريكية لقواعدها هو التركيز على خصائص المنتج ، وليس كيفية تطويره ، ولكن هذا هو نفس النهج الذي تكرسه هذه الإعفاءات. في حين أن العديد من النباتات التي تم حذفها مرة واحدة ، إن لم يكن معظمها ، قد لا تمثل أي مخاطر آفات نباتية ، إذا كان المرء كذلك ، فلا ينبغي لوزارة الزراعة الأمريكية تنظيمها؟

الشاغل الثاني هو أن المطور يقرر بنفسه ما إذا كان منتجه مؤهلاً للإعفاء. يؤدي هذا إلى تضارب متأصل في المصالح لأن المطورين لديهم حوافز مالية لتحديد أنفسهم معفيين. في حين أن بعض المطورين سيحددون بجدية الوضع التنظيمي لمصنع جنرال إلكتريك ، فإن البعض الآخر قد لا يفعل ذلك. بالإضافة إلى ذلك ، عندما يقرر المطور أن منتجه معفيًا ، لا يعرف وزارة الزراعة الأمريكية ولا الجمهور أن مصنع GE يتم إطلاقه في البيئة ويدخل الإمدادات الغذائية لأنه لا يوجد شرط لإخطار الوكالة بتقرير المصير. . إذا كانت وزارة الزراعة الأمريكية لا تعرف أي مصانع جنرال إلكتريك يتم تحديدها ذاتيًا باعتبارها معفاة ، فكيف يمكنها تأكيد صحة التحديد؟

الجوانب الإيجابية لـ SECURE

أحد الأمور الإيجابية في القاعدة الجديدة هو قرار الوكالة قصر الاستثناءات على تعديلات فردية. توضح وزارة الزراعة الأمريكية أنه بينما يحاكي تعديل واحد منتجًا يمكن إنتاجه من خلال طرق التربية التقليدية ، فإن الأمر نفسه لا ينطبق على المنتجات ذات التعديلات المتعددة. لذلك ، إذا أجرى المطور تعديلين أو أكثر ، فيجب على المطور التقدم للحصول على تصريح أو طلب RSR. أول جين تم تعديله تجاريًا في الولايات المتحدة - فول الصويا عالي الزيت من Calyxt ، والذي أعفته وزارة الزراعة الأمريكية بموجب "هل أنا منظم؟" عملية — لن يتم إعفاؤها بموجب القواعد الجديدة لأنها تحتوي على جينين معدلين. إذا انتهى الأمر بمعظم المنتجات المعدلة جينيًا بتعديلين أو أكثر ، فقد يكون للإعفاءات إمكانية تطبيق محدودة.

في حين أن المنتجات متعددة التحرير لا يتم إعفاؤها تلقائيًا ، فمن المرجح أن تجد وزارة الزراعة الأمريكية في الخطوة الأولى من عملية RSR أن العديد منها لا يشكل أي مخاطر محتملة للآفات النباتية. لذلك قد تكون النتيجة هي نفسها - فهذه المنتجات غير منظمة. ومع ذلك ، يتم الإعلان على الأقل عن تحديد RSR الأولي (بدلاً من تقرير المصير للمطور) ، لذلك سيعرف أصحاب المصلحة المنتجات متعددة التحرير التي تدخل السوق.

التأثيرات المحتملة

تنص وزارة الزراعة الأمريكية على أن أحد أهداف مراجعاتها هو توفير "الإغاثة التنظيمية" ، والقاعدة النهائية تحقق ذلك بوضوح. لن تخضع العديد من مصانع جنرال إلكتريك التي تطلبت تاريخياً الاحتواء للتجارب الميدانية من خلال عملية الإخطار أو التصريح لأي تنظيم موضوعي. إما سيتم إعفاؤهم أو اعتبارهم غير معرضين لمخاطر الآفات النباتية المعقولة من خلال الخطوة الأولية لعملية RSR. ما يعنيه هذا عمليًا هو أن مطوري مصانع جنرال إلكتريك (المطورين من القطاع الخاص والعلماء الأكاديميين) يمكنهم إجراء تجارب ميدانية دون أي شروط تقييدية تضمن عدم بقاء مصانع جنرال إلكتريك في البيئة بعد اكتمال التجربة. صرحت وزارة الزراعة الأمريكية في قاعدتها المقترحة بأنها تأمل أن يستمر المطورون طواعية في إجراءات الحجز ، لكن هذا قد يحدث أو لا يحدث. لقد أفلتت مصانع جنرال إلكتريك من التجارب الميدانية تحت إشراف وزارة الزراعة الأمريكية في الماضي ، وستزداد احتمالية حدوث ذلك دون إشراف وزارة الزراعة الأمريكية. قد يعني هذا دخول بروتينات جديدة عن غير قصد إلى إمداداتنا الغذائية قبل اعتبارها آمنة للاستهلاك البشري. يمكن أن تضر النباتات التجريبية من جينيرال جيني في البيئة بعد الانتهاء من تجربة ميدانية أيضًا بالكائنات غير المستهدفة. أخيرًا ، إذا هرب مصنع جنرال إلكتريك غير منظم من تجربة ميدانية ودخل سوق التصدير ، فقد يؤدي ذلك إلى رفض السلعة الأمريكية لأن المصنع التجريبي لم تتم الموافقة عليه في البلد المستورد.

تفشل القاعدة النهائية أيضًا في توفير الشفافية المطلوبة بشأن مصانع جنرال إلكتريك التي سيتم تسويقها. ستكون وزارة الزراعة الأمريكية وصناعة الأغذية والمستهلكون تحت رحمة المطورين لنشر المعلومات العامة حول المنتجات التي اعتبروها معفاة. كيف ستعرف صناعة الأغذية الأطعمة التي تحتوي على النباتات المعدلة وراثيًا لضمان امتثالها للمتطلبات القانونية لسوق التصدير؟ كيف سيجيب مصنعو المواد الغذائية وتجار التجزئة على أسئلة المستهلكين الذين يسألون عما إذا كانت منتجاتهم تحتوي على مكونات من النباتات المعدلة وراثيًا؟ إذا كان المستهلكون غير قادرين على الوصول إلى معلومات حول مصانع جنرال إلكتريك التي يتم تسويقها ، فهل سيصبحون متشككين بشأن هذه المنتجات وسلامتها؟ قد يؤدي الافتقار إلى الشفافية المتأصل في القاعدة إلى مشاكل التجارة الدولية وتضليل المستهلكين.

لقد وفرت مصانع جنرال إلكتريك فوائد للمزارعين والبيئة والمستهلكين ومن المرجح أن تستمر في ذلك في المستقبل. ومع ذلك ، يمكن أن تؤثر قاعدة وزارة الزراعة الأمريكية على قبول صناعة الأغذية لتلك المنتجات وتغذي شكوك المستهلكين بشأن المحاصيل والأطعمة المعدلة وراثيًا.

[1] في حين أن وزارة الزراعة الأمريكية هي الوكالة الرئيسية التي تنظم مصانع جنرال إلكتريك ، فإن إدارة الغذاء والدواء ووكالة حماية البيئة تنظم مجموعات فرعية من مصانع جنرال إلكتريك. إذا تم استخدام مصنع جنرال إلكتريك للطعام أو الأعلاف ، فإن إدارة الغذاء والدواء تنظمه بموجب عملية تشاور طوعية تم إنشاؤها بموجب القانون الفيدرالي للأغذية والأدوية ومستحضرات التجميل. إذا كان مصنع جنرال إلكتريك ينتج مبيدًا للآفات ، فإن وكالة حماية البيئة تنظمه باعتباره واقيًا مدمجًا في النبات بموجب القانون الفيدرالي للمبيدات الحشرية ومبيدات الفطريات ومبيدات القوارض.

نُشر هذا المقال على موقع Cornell Alliance for Science الإلكتروني وأعيد نشره هنا بعد الحصول على إذن. تابع تحالف العلوم على TwitterScienceAlly


مفتاح تشغيل وإيقاف لتحرير الجينات

الآن ، في ورقة بحثية نُشرت على الإنترنت في زنزانة في 9 أبريل ، وصف الباحثون تقنية جديدة لتحرير الجينات تسمى CRISPRoff تسمح للباحثين بالتحكم في التعبير الجيني بدقة عالية مع ترك تسلسل الحمض النووي دون تغيير. تم تصميم هذه الطريقة من قبل عضو معهد وايتهيد جوناثان وايزمان ، والأستاذ المساعد بجامعة كاليفورنيا سان فرانسيسكو لوك جيلبرت ، وباحث ما بعد الدكتوراة في مختبر وايزمان ، جيمس نونيز والمتعاونون ، هذه الطريقة مستقرة بما يكفي ليتم توريثها من خلال مئات الانقسامات الخلوية ، وهي أيضًا قابلة للعكس تمامًا.

يقول وايزمان ، وهو أيضًا أستاذ علم الأحياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومحقق في معهد هوارد هيوز الطبي: "القصة الكبيرة هنا هي أن لدينا الآن أداة بسيطة يمكنها إسكات الغالبية العظمى من الجينات". "يمكننا القيام بذلك لجينات متعددة في نفس الوقت دون أي ضرر للحمض النووي ، مع قدر كبير من التجانس ، وبطريقة يمكن عكسها. إنها أداة رائعة للتحكم في التعبير الجيني ".

تم تمويل المشروع جزئيًا من خلال منحة 2017 من وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة لإنشاء محرر جيني قابل للعكس. "تقدم سريعًا أربع سنوات [من المنحة الأولية] ، وأخيراً يعمل CRISPRoff على النحو المتصور بطريقة الخيال العلمي" ، كما يقول المؤلف الرئيسي المشارك جيلبرت. "إنه & # 8217s المثير أن نرى أنها تعمل بشكل جيد للغاية في الممارسة."

الهندسة الوراثية 2.0

يستخدم نظام CRISPR-Cas9 الكلاسيكي بروتينًا لقطع الحمض النووي يسمى Cas9 موجود في أجهزة المناعة البكتيرية. يمكن أن يستهدف النظام جينات معينة في الخلايا البشرية باستخدام دليل واحد من الحمض النووي الريبي ، حيث تخلق بروتينات Cas9 فواصل صغيرة في حبلا الحمض النووي. ثم تقوم آلية الإصلاح الموجودة بالخلية بإصلاح الثقوب.

لأن هذه الأساليب تغير تسلسل الحمض النووي الأساسي ، فهي دائمة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن اعتمادهم على آليات الإصلاح الخلوي "الداخلية" يعني أنه من الصعب حصر النتيجة في تغيير واحد مرغوب فيه. يقول Weissman: "على الرغم من جمال تقنية CRISPR-Cas9 ، إلا أنها لا تقوم بإصلاح العمليات الخلوية الطبيعية المعقدة والمتعددة الأوجه". "من الصعب جدًا التحكم في النتائج."

That’s where the researchers saw an opportunity for a different kind of gene editor — one that didn’t alter the DNA sequences themselves, but changed the way they were read in the cell.

This sort of modification is what scientists call “epigenetic” — genes may be silenced or activated based on chemical changes to the DNA strand. Problems with a cell’s epigenetics are responsible for many human diseases such as Fragile X syndrome and various cancers, and can be passed down through generations.

Epigenetic gene silencing often works through methylation — the addition of chemical tags to to certain places in the DNA strand — which causes the DNA to become inaccessible to RNA polymerase, the enzyme which reads the genetic information in the DNA sequence into messenger RNA transcripts, which can ultimately be the blueprints for proteins.

Weissman and collaborators had previously created two other epigenetic editors called CRISPRi and CRISPRa — but both of these came with a caveat. In order for them to work in cells, the cells had to be continually expressing artificial proteins to maintain the changes.

“With this new CRISPRoff technology, you can [express a protein briefly] to write a program that’s remembered and carried out indefinitely by the cell,” says Gilbert. “It changes the game so now you’re basically writing a change that is passed down through cell divisions — in some ways we can learn to create a version 2.0 of CRISPR-Cas9 that is safer and just as effective, and can do all these other things as well.”

Building the switch

To build an epigenetic editor that could mimic natural DNA methylation, the researchers created a tiny protein machine that, guided by small RNAs, can tack methyl groups onto specific spots on the strand. These methylated genes are then “silenced,” or turned off, hence the name CRISPRoff.

Because the method does not alter the sequence of the DNA strand, the researchers can reverse the silencing effect using enzymes that remove methyl groups, a method they called CRISPRon.

As they tested CRISPRoff in different conditions, the researchers discovered a few interesting features of the new system. For one thing, they could target the method to the vast majority of genes in the human genome — and it worked not just for the genes themselves, but also for other regions of DNA that control gene expression but do not code for proteins. “That was a huge shock even for us, because we thought it was only going to be applicable for a subset of genes,” says first author Nuñez.

Also, surprisingly to the researchers, CRISPRoff was even able to silence genes that did not have large methylated regions called CpG islands, which had previously been thought necessary to any DNA methylation mechanism.

“What was thought before this work was that the 30 percent of genes that do not have a CpG island were not controlled by DNA methylation,” Gilbert says. “But our work clearly shows that you don’t require a CpG island to turn genes off by methylation. That, to me, was a major surprise.”

CRISPRoff in research and therapy

To investigate the potential of CRISPRoff for practical applications, the scientists tested the method in induced pluripotent stem cells. These are cells that can turn into countless cell types in the body depending on the cocktail of molecules they are exposed to, and thus are powerful models for studying the development and function of particular cell types.

The researchers chose a gene to silence in the stem cells, and then induced them to turn into nerve cells called neurons. When they looked for the same gene in the neurons, they discovered that it had remained silenced in 90 percent of the cells, revealing that cells retain a memory of epigenetic modifications made by the CRISPRoff system even as they change cell type.

They also selected one gene to use as an example of how CRISPRoff might be applied to therapeutics: the gene that codes for Tau protein, which is implicated in Alzheimer’s disease. After testing the method in neurons, they were able to show that using CRISPRoff could be used to turn Tau expression down, although not entirely off. “What we showed is that this is a viable strategy for silencing Tau and preventing that protein from being expressed,” Weissman says. “The question is, then, how do you deliver this to an adult? And would it really be enough to impact Alzheimer’s? Those are big open questions, especially the latter.”

Even if CRISPRoff does not lead to Alzheimer’s therapies, there are many other conditions it could potentially be applied to. And while delivery to specific tissues remains a challenge for gene editing technologies such as CRISPRoff, “we showed that you can deliver it transiently as a DNA or as an RNA, the same technology that’s the basis of the Moderna and BioNTech coronavirus vaccine,” Weissman says.

Weissman, Gilbert, and collaborators are enthusiastic about the potential of CRISPRoff for research as well. “Since we now can sort of silence any part of the genome that we want, it’s a great tool for exploring the function of the genome,” Weissman says.

Plus, having a reliable system to alter a cell’s epigenetics could help researchers learn the mechanisms by which epigenetic modifications are passed down through cell divisions. “I think our tool really allows us to begin to study the mechanism of heritability, especially epigenetic heritability, which is a huge question in the biomedical sciences,” Nuñez says.


Paper: Congress Must Clarify Limits of Gene Editing Technologies

University of Illinois at Urbana-Champaign

CHAMPAIGN, IL &mdash Genome editing of human embryos represents one of the most contentious potential scientific applications today. But what if geneticists could sidestep the controversy by editing sperm and eggs instead?

وفق a new paper co-written by a University of Illinois at Urbana-Champaign legal expert who studies the ethical and policy implications of advanced biotechnologies, how the next Congress decides to handle the issue will affect the science, ethics, and financing of genome editing for decades to come.

Although there are a number of statutes and federal appropriation riders that take as their bioethical center the human embryo, none exist that govern the editing of "gametes"&mdashthat is, sperm and eggs, said Jacob S. Sherkow, a professor of law at Illinois.

"The current federal funding ban is predicated on a concept of bioethics that focuses on the embryo, and that's because there's widespread recognition in US society that embryos have a certain moral salience that other biological components don't," he said. "But with advances in biotechnology, you can get around that. You can sidestep editing embryos by editing sperm and eggs, instead.

Regardless of how one thinks about whether embryos should get special bioethical status in this context, you have to understand that the same technology can now be used on sperm and eggs. So federal funding bans on genetically editing embryos with technologies such as CRISPR may not extend to future generations of the technology&mdashand those future generations are coming quickly."

In the paper, Sherkow and co-authors Eli Y. Adashi of Brown University and I. Glenn Cohen of Harvard Law School discuss how the editing of sperm and eggs differs from embryos from a bioethical and U.S. legal perspective.

"This is particularly timely for two reasons," he said. "One, genome-editing technology is getting more effective, cheaper, and safer to use every day and two, this is an election year. We're going to seat a new Congress in January, and whether to continue down this path is something that the new Congress is going to have to decide."

The main statute that prohibits the clinical use of heritable genomic editing is an annually renewed Congressional appropriations rider first put into law in 2015.

Related Article: Trends in Genetics: A Tale of Two Decades

According to Sherkow and his colleagues, the rider was initially dropped into an appropriations bill with little discussion. The language was briefly removed last year, prompting a debate about whether it applied to certain mitochondrial-replacement therapies and ought to be reinserted.

"The debate was firmly centered on the editing of embryos, but no legislator considered whether the language also applied to the editing of sperm and eggs," Sherkow said. "And there are strong arguments to be made that the plain text of the rider does not apply to sperm and eggs."

If the appropriations rider doesn't apply to editing sperm and eggs, then those who believe that such editing is just as problematic as editing embryos "should seek to alter the rider to make it apply to sperm and egg editing, as well," Sherkow said.

"Some of the ethical concerns raised about editing embryos are applicable to editing sperm and eggs while others are not," he said. "Objections to embryonic gene editing due to the need to destroy human embryos in research and clinical applications are quite different for sperm and eggs."

Those who have opposed the destruction of embryos, including members of some religious communities, haven't raised similar objections to sperm and egg editing, Sherkow said.

"Proponents of embryonic personhood claims emphasize that the genetic code of the early embryo is set at the time when sperm and egg form a zygote. But sperm and egg editing occurs before that moment, toppling the claim that editing gametes alters 'a person,' and is really more analogous to selecting a sperm or egg donor."

At the same time, policymakers should be heartened by the notion that "we don't necessarily have to stop research on these technologies because now we have the ability to do it in gametes as opposed to embryos," said Sherkow, who also is an affiliate of the Carl R. Woese Institute for Genomic Biology.

"The new Congress that's seated in January should pay attention to the development of genome editing technologies like these, and should be more attuned to the extent of what limits it wants to put on research, given that such research can proceed without some of the moral trappings that have jammed prior Congresses," he said. "For those who think that there are important differences between embryos and gametes, this may offer an opportunity to develop a different regulated pathway for sperm and egg editing."

- This press release was originally published on the Illinois News Bureau


Pros of Gene Editing

The pros of gene editing simply denote the advantages of genetic modification. Some pros of gene editing in agriculture are increased crop yields, reduced costs for food or drug production, reduced need for pesticides, enhanced nutrient composition and food quality, resistance to pests and disease, greater food security, and medical benefits to the world’s growing population.

In term of biology, it’s useful to cure and prevent genetic diseases using different techniques related to this field.

CRISPR has become one of the most dominant genes editing instruments now which can adjust diseases causing qualities in embryos brought to term-evacuate the defective hereditary code of that individual’s future relatives also.

This is truth be told, the greatest transformation in gene editing till the date. Late advancements found in gene editing have not just presented various energizing potential outcomes for human progression yet brought up troublesome moral issues about building an architect people.

1. Tackling and Defeating Diseases:

Generally, fatal and troublesome illnesses on the earth have opposed decimation. Various gene mutations that people endure will end simply after effectively mediate and hereditarily engineer the people to come.

Cancer therapeutics: New immunotherapy can be created utilizing hereditary altering that can treat disease. Adjustment of T-cells utilizing CRISPR can find and kill cancer cells.

Drug Research: Genetic cosmetics can possibly accelerate the medication disclosure process. A portion of the medication creators are as of now consolidating CRISPR innovation in tranquilize research and revelation stage.

Inherent Diseases: With genetic editing, the researcher can anticipate innate ailment to stream to the posterity. Diabetes and cystic fibrosis can likewise be disposed of.

2. Extend Lifespan

Genome altering could broaden the human life expectancy. People life expectancy has just shot up by various years and researchers are as of now living longer and more. Hereditary engineering could make our time on Earth even long.

There are explicit, basic ailments and ailments that can grab hold further down the road and can wind up murdering us sooner than should be expected. Genetic editing can invert most fundamental purposes behind the body’s common decay on a phone level.

Which means, it can radically improve both the range and the personal satisfaction later on.

3. Growth In Food Production and Its Quality:

Gene editing can design nourishment that can withstand brutal temperatures and that are stuffed loaded with quite a few supplements.

Furthermore, it could likewise be the response to satisfy the substantial nourishment needs that are still not met in numerous nations. Genetically modified crops have the quality of high yield and more nutrients.

4. Pest Resilient Crops

Genome editing can address pest and nutrition challenges facing agriculture. Instead of using tons of insecticides and pesticides, the plan can be protected in a healthier way. The use of pesticides after harvesting or while cultivating may ultimately harmful but the genome editing method reduces the risk of its potentiality.

5. Positive Medicine Outcome

One of the best pros in gene editing is positive medicine outcome. As a builder knows the strength as well as weak points of buildings constructed under his supervision, scientists are already known about modified genes. It means they can easily discover appropriate medicine and technique.

6. Gene therapy creates permanent results

Gene therapy creates permanent results. Gene therapy offers the plausibility of a lasting solution for any of the more than 10,000 human diseases brought about by a deformity in a single gene.

Among these maladies, the hemophilias speak to a perfect objective and concentrates in the two creatures and people have given proof that a changeless remedy for hemophilia is inside reach.


Individuals below the Barrier

The greatest damage to the barrier came when new technologies defined some of the acts below the germline barrier as actually impacting individuals, not the species. Recall that this barrier was built to draw a boundary with the eugenists, who were primarily interested in improving the human species, so below the barrier was the species. As technology improved, what is now obvious came into view, which is that to change a species, you must first change individuals. The moral view of the acts below the barrier began to focus on the changed individual who would be produced and largely ignored any influence that the individual would subsequently produce on the species. If there are individuals on both sides, this is a similarity, which will further weaken the barrier.

The first act below the barrier impacting an individual was the hypothetical future patient. For example, LeRoy Walters was the bioethicist who was the chair of the committee at the NIH that regulated trials of HGE. He extrapolated from the beneficent relief of suffering from disease for an existing individual on the somatic side of the barrier to a future individual on the germline side, arguing that “Affected offspring could presumably be treated by means of somatic-cell gene therapy in each succeeding generation, but some phenotypically cured patients would probably consider it more efficient to prevent the transmission of specific malfunctioning genes to their offspring, if the option were available” (26).

Similarly, somatic gene therapy pioneer Theodore Friedmann wrote that “it has been suggested that the need for efficient disease control or the need to prevent damage early in development or in inaccessible cells may eventually justify germ line therapy” (17). For example, somatic modification of the cells in an existing person’s brain is not easy, because the cells are inaccessible. However, a modified embryo would develop the genetically modified brain. There was now a person with a genetic disease upslope requiring somatic modification, and one downslope who requires germline invention to prevent the disease in the first place. If the only values are beneficence and nonmaleficence, these acts on individuals are the same, so Walters and Friedmann argue for taking down the barrier.

Far more consequential for future debate was that a different technology was now placing actual babies below the barrier. It is testimony to the incredible strength of the barrier that, at first, few saw the implications. In 1978, in vitro fertilization was invented, which did not influence the genetic qualities of the offspring. However, it was discovered in 1989 that the genetic qualities of those embryos could be evaluated using what is now called preimplantation genetic diagnosis (PGD). With PGD, a number of embryos are created and all are tested, and those with desirable genetic qualities are gestated and the undesirable discarded. This was, in effect, germline selection (not modification) of the traits of a baby and ultimately a (very small) influence on the species as the eugenicists would have desired. It changed the germline of the baby compared to what it otherwise would have been.

A few participants in the debate realized that PGD produced a baby on the slope below the germline barrier, and we again had the similar individual with a potential disease both upslope and downslope. Bioethicist LeRoy Walters predicted a scenario that would, in my terms, produce almost perfect similarity of acts on both sides of the germline barrier. A couple would like to use PGD but could not because they are opposed to destroying embryos, or are not capable of producing embryos that do not have disease. If germline modification of their embryos was performed for this couple, the goal would be to produce an individual—a healthy baby—not influence the species: “in both of these scenarios, germ-line transmission would be a foreseeable but unintended side effect of a therapeutic procedure intended primarily to cure disease in an (embryonic) individual” (27). These insights had little impact on the HGE debate because PGD was perceived to be a part of the abortion debate. As PGD became more commonplace, and could identify more traits, the stage was set for later weakening the barrier.


Ethical and regulatory reflections on CRISPR gene editing revolution

Only three years ago, scientists from the United States and Sweden invented a technology that is literally upending our view of the limits of biotechnology. It’s called CRISPR-Cas9. It’s akin to a biological word processing system that allows scientists to cut and paste DNA almost as easily as if they were editing a journal article.

CRISPR stands for Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, which describes a process in nature that scientists have harnessed to snip and splice sections of DNA. To do this, they use what’s known as a slicer enzyme called Cas9.

The technology, a key part of a revolution in what is known as synthetic biology and gene editing, is a huge improvement over existing techniques. It’s much more precise, targeted and far quicker than transgenics—the classic process of moving so-called “foreign” genes from one organism into another. The public, egged on by activist NGOs, have created the erroneous perception that transgenics involves crossing a “species barrier” that in fact does not really exist in nature, and therefore poses unique ecological and ethical risks. Those fears are now embodied in restrictive legislation around genetic engineering in food—GMOs.

Transgenesis has other limitations. It is fundamentally a process of gene addition that does not harness a plant’s native genetic repertoire to create whole suites of valuable traits. These concerns have conspired to limit the use of transgenesis for creating crops with agriculturally valuable traits to a few high-profit ones, such as cotton, soybean and corn.

Genome editing sidesteps many of these concerns and has emerged as an important means through which crop improvements that increase the food supply, improve health and are good for the environment can be made. The potential for creating genes that could produce metabolites, provide resistance to stresses, increase photosynthetic efficiency to attain higher yields and other beneficial improvements are almost endless.

However, it’s not clear how new crops varieties with precisely modified genomes will be regulated, as regulatory regimes did not anticipate this kind of simple precision. The US Department of Agriculture has said it is studying CRISPR/Cas9 and will make recommendations in the near future. But recent developments suggest that plants that lack a transgene may not fall under the USDA’s regulatory authority.

CRISPR technology presents more immediate challenges in other areas of genetics. “This discovery has triggered a veritable revolution as laboratories worldwide have begun to introduce or correct mutations in cells and organisms with a level of ease and efficiency not previously possible,” Jennifer Doudna, one of the scientists credited with harnessing the technology, wrote in an editorial published in JAMA in February.

CRISPR will certainly lead to the development of new drugs and open the door to genetic cures once seen as out of the reach of human intervention. Start-ups designed to exploit the technology are abounding. Douda herself has founded a company that recently struck a lucrative licensing deal with Novartis in a search for new drugs. But the technology has also opened the door for mischief.

In April, scientists in China reported carrying out the first experiment using CRISPR gene editing to alter the DNA of human embryos, potentially impacting the germline. Although the embryos were not viable and could not have developed into babies, the announcement ignited an outcry from scientists warning that such a step, crossed an ethical redline.

That announcement rang ethical alarm bells, and not just from precautionary-obsessed NGOs. A group of 18 prominent scientists and experts in law and ethics published a letter in علم calling for a moratorium on some uses of this technology.

“My colleagues and I felt that it was critical to initiate a public discussion of the appropriate use of this technology, and to call for a voluntary ban on human germline editing for clinical applications at the present time,” Douda wrote in an email to الوحش اليومي.

“The paper was published in the center of a perfect storm,” Linzhao Cheng, a professor at Johns Hopkins University, told GENeS—the Genetic Expert News Service, an outreach project given seed funding by the Genetic Literacy Project. Cheng believes the outcry could lead to unnecessary restrictions on the CRISPR technology. “Many people are concerned that we shouldn’t be doing this, even in abnormal embryos that would arrested at the blastocyst stage [as was the case here] and otherwise would be discarded. If many people have deep concerns about doing it even in non-viable embryos then how will we ever find out whether using a normal embryo would be better or worse?”

Caution flags have also been raised about the use of CRISPR to modify wild insect and animal populations. Scientists have already used CRISPR to modify mosquitoes and the fruit fly Drosophila melanogaster in the laboratory, and have shown these changes could be spread to future generations. Unintended consequences could lead to ecosystem disruption, some scientists warn.

There are yellow warning lights ahead. The biggest one is that CRISPR could make off-target modifications in embryonic DNA and hence cause widespread damage to the genome, which could cause defects. CRISPR is so relatively simple to perform. But that does not make it foolproof. There is significant potential for these “off-target effects,” or mutations that may occur in other parts of the genome if the editing is not incredibly precise. That’s one reason why the ‘baby experiment’ was received so poorly.

“You would be insane and criminally reckless to make a baby this way without 15 to 20 years of testing and proof it was safe,” said Stanford law professor and ethics expert Henry Greely, one of the signees of the علم رسالة.

More controversial is the use of CRISPR in research in the human germline that does not “make babies”. Some, such as the authors of the طبيعة سجية commentary on CRISPR technology, condemn even such in vitro research. Other scientists and bioethicists disagree, some vehemently. “[T]his study by Huang and co-authors was not conducted in any embryos that were ever going to be born, or indeed even had the potential to be born. While the study itself marks an important milestone, the reason it is truly extraordinary is the scientific community’s reaction to it,” wrote British biotethicists Chris Gyngell and Julian Savulescu in response to the criticism.

Far from being wrong, the research by Huang and colleagues is ethically imperative. Such research not only has the potential to provide permanent cures for genetic diseases, it also holds the potential to correct the genetic contribution to common diseases like diabetes. It even has the potential to give people the capacity to age better – some extremely people age well into 90s and 100s. Age-related disease alone kills around 30 million people per year.

The National Academy of Sciences (NAS) and its Institute of Medicine announced it will convene an international summit this fall to “explore the scientific, ethical, and policy issues associated with human gene-editing research.” In addition, NAS will appoint a multidisciplinary, international committee to study the scientific basis and the ethical, legal, and social implications of human gene editing.

Jon Entine هو Senior Fellow at the World Food Center Institute for Food and Agricultural Literacy, University of California-Davis. يتبع @JonEntine على تويتر


De-extinction

Although the term sounds like it comes from a science fiction novel, it is not. Scientists are already working on bringing back animals that are extinct. The first candidate is the passenger pigeon, once a dweller of North American forests.

Using CRISPR technology, researchers plan to introduce genes from the passenger pigeons into its modern-day relative — the band tail pigeon. The hybrids will be bred for several generations until the offspring DNA matches that of the extinct species. The first generation of ‘revived’ pigeons is expected to hatch in 2022 .

Not long after, mammoths could follow . A group at Harvard is now working on bringing back the woolly mammoth that went extinct thousands of years ago.

Cover illustration by Elena Resko. Images via Shutterstock. This article was originally published in March 2019 and has since been updated to reflect changes in the field.


شاهد الفيديو: How CRISPR lets us edit our DNA. Jennifer Doudna (أغسطس 2022).