معلومة

كيف يؤثر التحرير الجيني في خلية واحدة على الخلايا الأخرى؟

كيف يؤثر التحرير الجيني في خلية واحدة على الخلايا الأخرى؟


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.

لقد قرأت عن تحرير الجينات ولدي بعض الأسئلة المتعلقة بهذه التكنولوجيا:

  1. مع التحرير الجيني ، هل نصحح الجينات في كل الخلايا أم في خلية واحدة؟

  2. إذا تم تحرير الجين لخلية واحدة فقط ، فكيف (أو يمكن) هل تؤثر على الجينات الأخرى في الخلايا الأخرى؟


لا يتم تحرير الجينات على خلية مفردة ولكن على مجموعة من الخلايا. ومع ذلك ، فإنه لا يزال لا يؤثر على جميع الخلايا. يعمل التعديل الجيني / العلاج للكائن الحي بأكمله في هذه الحالات:

  1. يتم تحرير الخلايا الجذعية ، مما يؤدي إلى ظهور العديد من الخلايا الجسدية الأخرى. عادة ما يتم ذلك في حالة العلاج الجيني الذي يتم فيه الحصول على الخلايا الجذعية من المريض ، ويتم تحريرها وإعادة زرعها.
  2. يتم تحرير بعض الخلايا الجنينية وإعادة زرعها في الجنين النامي مما يؤدي إلى ظهور ما يعرف باسم الكائن الحي الخيمري (بعض الخلايا في الجسم تحمل التعديل بينما لا يقوم البعض الآخر بذلك). الآن ستؤدي بعض الخلايا المعدلة إلى ظهور خلايا جرثومية تؤدي بدورها إلى ظهور الأمشاج. في الجولة التالية من التكاثر ، سيؤدي الوالدان الخيماريان إلى ظهور كائن حي معدّل وراثيًا بالكامل (بجين معدّل).
  3. بالنسبة للكائنات أحادية الخلية ، من الواضح جدًا: ما عليك سوى استخدام علامة اختيار أو فحص شامل لاختيار الخلايا التي تحمل الجين المحرر.

القضايا الأخلاقية لتقنية كريسبر وتحرير الجينات من خلال عدسة التضامن

خلفية: إن سيل التعليقات على تقنية CRISPR-Cas9 ، وهو نظام مناعي بكتيري تم تعديله للتعرف على أي تسلسل قصير للحمض النووي ، وقطعه ، وإدخال تسلسل جديد ، قد أحيا الآمال في العلاج الجيني والتطبيقات الأخرى وأثار انتقادات للجينات الهندسية في الأجيال القادمة .

مصادر البيانات: تعتمد هذه المناقشة على المقالات التي تؤكد على الأخلاق ، والتي تم تحديدها جزئيًا من خلال PubMed و Google ، 2014-2016.

مجالات الاتفاق: أخذ CRISPR-Cas9 بخطى وآفاق الاكتشافات الجينية والتطبيقات إلى مستوى عالٍ ، مما أثار الترقب لهندسة الجينات الجسدية لمساعدة المرضى. نحن نؤيد وقف معالجة الخط الجرثومي.

مجالات الجدل: نركز بشكل متزايد على مبدأ التضامن والصالح العام. لا يمكن معالجة الأسس الجينية لبعض الأمراض تمامًا باستخدام تقنية CRISPR-Cas9. لا نرى قضايا أخلاقية جديدة ، مقارنة بالعلاج الجيني والهندسة الوراثية بشكل عام ، بصرف النظر عن المعدل المتفجر للنتائج. وتشمل الخلافات الأخرى علم تحسين النسل ، وقابلية براءة الاختراع والتوقعات غير الواقعية للمهنيين والجمهور.

نقاط النمو: أكبر القضايا هي الفراغ من البحث في بيولوجيا الخلايا الجرثومية البشرية ، والطرق المناسبة للرقابة والشفافية ، والمجالات العلمية والأخلاقية للطب الإنجابي.

المجالات المناسبة لتطوير البحث: يجب أن يكون مبدأ التضامن الجينومي والأولوية في الصالح العام بمثابة عدسة لإضفاء الوضوح على مناقشات كريسبر. يدعم الادعاء الصحيح للاستثناء الجيني ضبط النفس على التجارب في الخلايا الجرثومية البشرية ، نظرًا للمخاطر العابرة للأجيال والفجوة المعرفية في بيولوجيا الخلية الجرثومية.

الكلمات الدالة: كريسبر الأخلاق تحرير الجينات الهندسة الوراثية تضامن طفرة الخلايا الجرثومية.


هل تحرير الجينات أخلاقي؟

إذا طرحت موضوع تعديل الجينات ، فمن المؤكد أن النقاش سيشتد. ولكن هل نتحمس ببطء لفكرة استخدام تعديل الجينات لعلاج الأمراض الوراثية ، أو حتى إنشاء "أطفال مصممون"؟

هل سيصبح تحرير الجينات جزءًا من الطب اليومي؟

يعد التعديل الجيني مفتاحًا للوقاية من الأمراض الوراثية الموهنة أو علاجها ، مما يمنح الأمل لملايين الأشخاص حول العالم. ومع ذلك ، يمكن للتكنولوجيا نفسها أن تفتح الطريق أمام تصميم أطفالنا في المستقبل ، وتعزيز الجينوم الخاص بهم عن طريق اختيار السمات المرغوبة مثل الطول ولون العين والذكاء.

بينما تم استخدام التحرير الجيني في التجارب المعملية على الخلايا الفردية وفي الدراسات على الحيوانات لعقود من الزمن ، شهد عام 2015 التقرير الأول للأجنة البشرية المعدلة.

يبلغ عدد الدراسات المنشورة الآن ثماني دراسات ، حيث بحثت أحدث الأبحاث في كيفية تأثير جين معين على التطور في الجنين المبكر وكيفية إصلاح الخلل الجيني الذي يسبب اضطرابًا في الدم.

أدت حقيقة أن التعديل الجيني ممكن في الأجنة البشرية إلى فتح صندوق باندورا للقضايا الأخلاقية.

إذن ، من الذي يؤيد تحرير الجينات؟ هل يشعر علماء الوراثة بشكل مختلف تجاه هذه القضية؟ وهل من المحتمل أن نرى التكنولوجيا في الطب السائد في أي وقت قريب؟

التحرير الجيني هو تعديل تسلسل الحمض النووي في الخلايا الحية. ما يعنيه هذا في الواقع هو أنه يمكن للباحثين إضافة طفرات أو استبدال الجينات في الخلايا أو الكائنات الحية.

في حين أن هذا المفهوم ليس جديدًا ، فقد حدث اختراق حقيقي منذ 5 سنوات عندما رأى العديد من العلماء إمكانات نظام يسمى CRISPR / Cas9 لتحرير الجينوم البشري.

تتيح لنا تقنية CRISPR / Cas9 استهداف مواقع محددة في الجينوم بدقة أكبر بكثير من التقنيات السابقة. تسمح هذه العملية باستبدال الجين المعيب بنسخة غير معيبة ، مما يجعل هذه التقنية جذابة لأولئك الذين يتطلعون إلى علاج الأمراض الوراثية.

ومع ذلك ، فإن التكنولوجيا ليست مضمونة. عكف العلماء على تعديل الجينات لعقود ، ولكن هناك دائمًا مقايضات. لا يزال يتعين علينا تطوير تقنية تعمل بنسبة 100٪ ولا تؤدي إلى طفرات غير مرغوب فيها ولا يمكن السيطرة عليها في مواقع أخرى في الجينوم.

في تجربة معملية ، هذه التأثيرات غير المستهدفة ليست نهاية العالم. ولكن عندما يتعلق الأمر بتعديل الجينات لدى البشر ، فإن هذا يمثل حجر عثرة رئيسيًا.

هنا ، بدأ الجدل الأخلاقي حول تحرير الجينات بالفعل.

عند استخدام التعديل الجيني في الأجنة - أو قبل ذلك ، على الحيوانات المنوية أو البويضة الحاملة للطفرات الجينية - يطلق عليه تحرير جين السلالة الجرثومية. المشكلة الكبيرة هنا هي أنه يؤثر على كل من الفرد الذي يتلقى العلاج وأطفاله في المستقبل.

هذا هو تغيير محتمل للعبة لأنه يعني أننا قد نكون قادرين على تغيير التركيب الجيني لأجيال كاملة على أساس دائم.

قام ديترام شوفوليه - أستاذ الاتصال العلمي بجامعة ويسكونسن ماديسون - وزملاؤه بمسح 1600 فرد من عامة الناس حول مواقفهم تجاه تعديل الجينات. كشفت النتائج أن 65 في المائة من المستجيبين يعتقدون أن تعديل الخط الجرثومي مقبول للأغراض العلاجية.

عندما يتعلق الأمر بالتحسين ، قال 26 في المائة فقط إنه مقبول وقال 51 في المائة إنه غير مقبول. ومن المثير للاهتمام ، أن المواقف كانت مرتبطة بالمعتقدات الدينية ومستوى معرفة الشخص بتعديل الجينات.

يوضح البروفيسور شوفيل: "من بين أولئك الذين يبلغون عن إرشاد ديني منخفض" ، فإن الغالبية العظمى (75 بالمائة) تعبر على الأقل عن بعض الدعم لتطبيقات العلاج ، ونسبة كبيرة (45 بالمائة) تفعل ذلك لتطبيقات التعزيز. "

ويضيف: "على النقيض من ذلك ، بالنسبة لأولئك الذين يبلغون عن مستوى مرتفع نسبيًا من التوجيه الديني في حياتهم اليومية ، فإن المستويات المقابلة من الدعم تكون أقل بشكل ملحوظ (50 بالمائة يعبرون عن دعمهم للعلاج ، 28 بالمائة يعبرون عن دعمهم للتحسين)."

من بين الأفراد الذين يتمتعون بمستويات عالية من الفهم التقني لعملية تحرير الجينات ، أظهر 76 بالمائة على الأقل بعض الدعم لتحرير الجينات العلاجي ، بينما أظهر 41 بالمائة دعمًا للتحسين.

ولكن كيف تتوافق آراء عامة الناس مع آراء المتخصصين في علم الوراثة؟ حسنًا ، قامت أليسا أرمزبي وأستاذة علم الوراثة كيلي إي أورموند - وكلاهما من جامعة ستانفورد في كاليفورنيا - بمسح 500 عضو من 10 جمعيات وراثية في جميع أنحاء العالم لمعرفة ذلك.

يقول أرمزبي: "هناك حاجة إلى محادثة دولية مستمرة حول تحرير الجينوم ، ولكن القليل جدًا من البيانات حول كيفية رؤية الأشخاص المدربين في علم الوراثة لهذه التكنولوجيا. بصفتهم من يجرون البحث ويعملون مع المرضى وأسرهم ، فهم مجموعة مهمة من أصحاب المصلحة ".

تم تقديم النتائج أمس في المؤتمر السنوي للجمعية الأمريكية لعلم الوراثة البشرية (ASHG) ، الذي عقد في أورلاندو ، فلوريدا.

في المجموع ، كان 31.9 في المائة من المستجيبين يؤيدون البحث في تحرير السلالة الجرثومية باستخدام أجنة قابلة للحياة. كان هذا الشعور أكثر وضوحًا بشكل خاص لدى المستجيبين الذين تقل أعمارهم عن 40 عامًا ، والذين تقل خبرتهم عن 10 سنوات ، والذين صنفوا أنفسهم على أنهم أقل تديناً.

كشفت نتائج الاستطلاع أيضًا أن 77.8 في المائة من المستجيبين يؤيدون الاستخدام الافتراضي لتعديل جينات السلالة الجرثومية لأغراض علاجية. بالنسبة للحالات التي تنشأ خلال الطفولة أو المراهقة ، أيد 73.5٪ استخدام التكنولوجيا ، بينما قال 78.2٪ إنهم يدعمون تعديل الخط الجرثومي في الحالات التي يكون فيها المرض مميتًا في مرحلة الطفولة.

فيما يتعلق بموضوع استخدام التحرير الجيني لغرض التحسين ، تحدث 8.6 بالمائة فقط من المتخصصين في علم الوراثة لصالحه.

قال البروفيسور أورموند: "لقد فوجئت شخصيًا للغاية" أخبار طبية اليوم، "من خلال حقيقة أن ما يقرب من [ثلث] المشاركين في دراستنا كانوا داعمين لبدء البحث الإكلينيكي بشأن تحرير جينوم السلالة الجرثومية بالفعل (إجراء البحث ومحاولة الحمل دون نية المضي قدمًا إلى طفل مولود حيًا)."

وأضافت أن هذه النتيجة تتناقض بشكل صارخ مع بيان السياسة الذي نشرته مجموعة ASHG في وقت سابق من هذا العام.

ووفقًا للبيان - الذي يعد البروفيسور أورماند أحد المؤلفين الرئيسيين له - فإن تحرير الجينات في الخط الجرثومي يضع قائمة بالمسائل الأخلاقية التي يجب أخذها في الاعتبار.

إن احتمال حدوث طفرات غير مرغوب فيها أو تلف الحمض النووي هو خطر محدد ، ولا يمكن التنبؤ بالآثار الجانبية غير المرغوب فيها أو السيطرة عليها في الوقت الحالي.

يشرح المؤلفون كذلك:

يشير علم تحسين النسل إلى اختيار السمات الإيجابية (تحسين النسل الإيجابي) وإزالة الأمراض أو السمات التي يُنظر إليها بشكل سلبي (علم تحسين النسل السلبي). علم تحسين النسل في كلا الشكلين مثير للقلق لأنه يمكن استخدامه لتعزيز التحيز وتضييق تعريفات الحياة الطبيعية في مجتمعاتنا ".

ويضيفون: "هذا صحيح بشكل خاص عندما تكون هناك إمكانية لـ" تعزيز "يتجاوز علاج الاضطرابات الطبية".

في حين أن اختبار ما قبل الولادة يسمح بالفعل للآباء باختيار إجهاض الأجنة التي تحمل سمات مرضية معينة في العديد من الأماكن في جميع أنحاء العالم ، فإن تعديل الجينات يمكن أن يخلق توقعًا بأن الآباء يجب أن يختاروا بنشاط أفضل السمات لأطفالهم.

يذهب المؤلفون إلى أبعد من ذلك من خلال التكهن كيف يمكن أن يؤثر ذلك على المجتمع ككل. ويقولون إن "الوصول غير المتكافئ والاختلافات الثقافية التي تؤثر على الاستيعاب يمكن أن تخلق اختلافات كبيرة في التكرار النسبي لحالة معينة حسب المنطقة أو المجموعة العرقية أو الوضع الاجتماعي والاقتصادي."

ويحذرون من أن "المرض الجيني ، الذي كان يومًا ما قاسمًا مشتركًا عالميًا ، يمكن أن يصبح بدلاً من ذلك نتاجًا للطبقة والموقع الجغرافي والثقافة".

لذلك ، خلصت ASHG إلى أنه في الوقت الحالي ، من غير الأخلاقي إجراء تعديل جيني للخط الجرثومي الذي من شأنه أن يؤدي إلى ولادة فرد. لكن يجب أن يستمر البحث في سلامة وفعالية تقنيات تحرير الجينات ، وكذلك في آثار تحرير الجينات ، مع توفير مثل هذه الأبحاث التي تلتزم بالقوانين والسياسات المحلية.

في أوروبا ، يردد ذلك صدى من قبل لجنة من الخبراء الذين حثوا على تشكيل لجنة توجيه أوروبية "لتقييم الفوائد والعيوب المحتملة لتعديل الجينوم".

ويشددون على ضرورة "أن تكون استباقيًا لمنع اختطاف هذه التكنولوجيا من قبل أصحاب الآراء المتطرفة وتجنب التوقعات العامة المضللة بوعود مبالغ فيها."

ولكن هل يختلف تصور الجمهور حقًا عن تصور الباحثين على خط المواجهة في الاكتشافات العلمية؟


يستخدم تحرير الجينات CRISPR لتخزين البيانات في الحمض النووي داخل الخلايا الحية

تم تحرير الحمض النووي الموجود داخل الخلايا البكتيرية الحية باستخدام تقنية كريسبر لتشفير المعلومات وتخزينها. قد تكون هذه خطوة نحو تطوير وسيط جديد لتخزين البيانات على المدى الطويل.

يتم تخزين المعلومات الجينية للحياة في الحمض النووي ، ولكن هناك اهتمام متزايد باستخدام الحمض النووي كوسيط تخزين لأنواع أخرى من البيانات. للقيام بذلك ، غالبًا ما يتم ترميز المعلومات باستخدام قواعد الحمض النووي الأربعة - الأدينين (A) والسيتوزين (C) والثايمين (T) والجوانين (G). يمكن بعد ذلك تصنيع تسلسل الحمض النووي المقابل كيميائيًا في المختبر ، وحتى تخزينه داخل الأشياء اليومية.

اتخذ هاريس وانج من جامعة كولومبيا في نيويورك وفريقه هذه الخطوة إلى الأمام ، باستخدام شكل من أشكال تحرير الجينات CRISPR لإدخال تسلسلات محددة من الحمض النووي التي تشفر البيانات الثنائية - 1 و 0 التي تستخدمها أجهزة الكمبيوتر لتخزين البيانات - في الخلايا البكتيرية. من خلال تعيين ترتيبات مختلفة لتسلسلات الحمض النووي هذه لأحرف مختلفة من الأبجدية الإنجليزية ، تمكن الباحثون من تشفير الرسالة النصية المكونة من 12 بايتًا "hello world!" داخل الحمض النووي بكتريا قولونية الخلايا.

الإعلانات

تمكن وانج وفريقه لاحقًا من فك شفرة الرسالة عن طريق استخراج الحمض النووي البكتيري وتسلسله.

اقرأ المزيد: يمكن للحمض النووي المغطى بالسيليكا أن يخزن كميات كبيرة من البيانات في غرام واحد

يقول جورج تشيرش من جامعة هارفارد ، والذي لم يشارك في العمل: "هذا المجال يتقدم بشكل كبير وهذه الورقة هي مثال رائع".

يعتقد وانج أن الحمض النووي داخل الخلايا الحية يمكن أن يكون وسيطًا أكثر استقرارًا للتخزين طويل الأمد في ظروف لا يمكن التنبؤ بها. في حين أن الحمض النووي الذي يتم الاحتفاظ به خارج الخلايا يمكن أن يتحلل ، فإن البكتيريا لديها القدرة على التكيف مع البيئة المتغيرة ويمكنها البقاء على قيد الحياة في ظل الظروف القاسية. يقول وانج: "ما تقدمه بوضعه داخل الخلية هو أن الحمض النووي محمي بواسطة الخلية والآلية التي تمتلكها الخلية لحماية حمضها النووي".

يقول Thomas Heinis من إمبريال كوليدج لندن: "يمكن أن يكون هذا أمرًا ممتعًا جدًا للتخزين طويل المدى". لكن مع تكيف البكتيريا وتغيرها ، يتغير حمضها النووي أيضًا - ويمكن أن تؤثر هذه التغييرات على المعلومات المشفرة ، كما يقول هينيس. يقول: "هناك العديد من مصادر الأخطاء ، أحد المصادر الرئيسية هو الطفرات في الحمض النووي أثناء تكاثر الخلايا".

يقول نيك جولدمان من EMBL-European Bioinformatics Institute في كامبريدج بالمملكة المتحدة: "إنهم بعيدون جدًا عن امتلاك نظام عمل يحل محل أجهزتنا الرقمية". "لكنها خطوة صغيرة على طول الطريق إلى شيء قد يفعل ذلك."

مرجع المجلة: بيولوجيا الطبيعة الكيميائية، DOI: 10.1038 / s41589-020-00711-4


شرح التحرير الجيني لـ CRISPR: ما هو وكيف يعمل؟

كل ما تحتاج لمعرفته حول الاختراق في تعديل الجينات والذي يمكن أن يعالج المرض يومًا ما ، ويقضي على الأنواع ، وينشئ أطفالًا مصممين.

نحن في خضم ثورة تحرير الجينات.

على مدى أربعة عقود ، عمل العلماء على إصلاح جيناتنا. منذ سبعينيات القرن الماضي ، قاموا بتشغيلها وإيقافها بشكل تجريبي ، وكشفوا عن وظائفهم التي حددت موقعهم داخل الجينوم الخاص بنا وحتى قاموا بإدخالها أو حذفها في الحيوانات والنباتات والبشر.

وفي نوفمبر 2018 ، ادعى عالم صيني أنه خلق أول كائن بشري معدل وراثيًا في العالم.

على الرغم من أن العلماء حققوا إنجازات كبيرة في فهم علم الوراثة البشرية ، إلا أن تعديل جيناتنا ظل عملية معقدة تتطلب تقنية غير دقيقة ومكلفة وسنوات من الخبرة وقليلًا من الحظ أيضًا.

في عام 2012 ، طور اثنان من العلماء أداة جديدة لتعديل الجينات ، وإعادة تشكيل مجال تحرير الجينات بالكامل إلى الأبد: كريسبر. كثيرًا ما يوصف بأنه "زوج من المقصات الجزيئية" ، تعتبر تقنية كريسبر على نطاق واسع الطريقة الأكثر دقة والأكثر فعالية من حيث التكلفة والأسرع لتحرير الجينات. تطبيقاته المحتملة بعيدة المدى ، وتؤثر على الحفظ ، والزراعة ، وتطوير الأدوية وكيف يمكننا مكافحة الأمراض الوراثية. حتى أنه يمكن أن يغير مجموعة الجينات الكاملة للأنواع.

لا يزال مجال أبحاث كريسبر شابًا بشكل ملحوظ ، لكننا رأينا بالفعل كيف يمكن استخدامه لمكافحة عدوى فيروس نقص المناعة البشرية ، ومكافحة الأنواع الغازية وتدمير البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية. ومع ذلك ، لا يزال هناك العديد من الأشياء المجهولة ، بما في ذلك كيف يمكن أن تلحق كريسبر الضرر بالحمض النووي ، مما يؤدي إلى أمراض مثل السرطان.

هذه القفزة الهائلة في الهندسة الوراثية مليئة بالتعقيدات التي تطرح أسئلة كبيرة ، وغالبًا ما تكون فلسفية حول العلوم والأخلاق وكيفية إجراء البحوث ومستقبل البشرية نفسها. مع التأكيد على أن اثنين من الأجنة البشرية تم تعديلهما باستخدام تقنية كريسبر وتم تطبيقهما على المدى الطويل ، أصبحت هذه الأسئلة موضع تركيز شديد. يبدو أن مستقبل تحرير الجينات وصل بين عشية وضحاها.

ولكن ماذا بالضبط هي تقنية كريسبر وما هي المخاوف المعلقة بشأن هذه الأداة القوية؟

تتمتع تقنية كريسبر بإمكانية استخدامها في تحرير الأجنة البشرية لإنشاء "أطفال مصممون".

مكتبة صور العلوم / Getty Images

ما هي تقنية كريسبر؟

قلة تنبأوا بمدى أهمية تقنية "كريسبر" في تعديل الجينات عند اكتشافها قبل 30 عامًا.

في وقت مبكر من عام 1987 ، لاحظ الباحثون في جامعة أوساكا ، الذين يدرسون وظيفة جينات الإشريكية القولونية ، مجموعة من تسلسلات الحمض النووي القصيرة والمتكررة ، لكنهم لم يفهموا الأهمية.

بعد ست سنوات ، لاحظ عالم ميكروبيولوجي آخر ، فرانسيسكو موخيكا ، التسلسلات في كائن مختلف وحيد الخلية ،
هالوفيراكس ميديتيراني. استمرت التسلسلات في الظهور في ميكروبات أخرى ، وفي عام 2002 ، أُطلق على هياكل الحمض النووي غير العادية اسمًا: تكرارات متكررة قصيرة متناظرة ومتباعدة بشكل منتظم.

كشفت دراسة التسلسلات بشكل مكثف أن كريسبر تشكل جزءًا لا يتجزأ من "جهاز المناعة" في البكتيريا ، مما يسمح لها بمكافحة الفيروسات الغازية. عندما يدخل الفيروس البكتيريا ، فإنه يقاوم عن طريق قطع الحمض النووي للفيروس. هذا يقتل الفيروس وتخزن البكتيريا بعض بقايا الحمض النووي.

الحمض النووي المتبقي يشبه بصمة الإصبع المخزنة في قاعدة بيانات كريسبر. إذا تم غزوها مرة أخرى ، فإن البكتيريا تنتج إنزيمًا يسمى Cas9 يعمل مثل ماسح بصمات الأصابع. يستخدم Cas9 قاعدة بيانات CRISPR لمطابقة بصمات الأصابع المخزنة مع بصمات الغازي الجديد. إذا تمكنت من العثور على تطابق ، فإن Cas9 قادر على قطع الحمض النووي الغازي.

/> إريك ماك

كيف يتم استخدام كريسبر لتعديل الجينات؟

غالبًا ما توفر الطبيعة قوالب رائعة للتقدم التكنولوجي. على سبيل المثال ، تم تصميم مقدمة القطار السريع الياباني على منقار الرفراف لأن الأخير "مصمم" بخبرة من خلال التطور لتقليل الضوضاء أثناء غوص الطائر في مجرى مائي لصيد الأسماك.

بطريقة مماثلة ، فإن قدرة CRISPR / Cas9 على تحديد تسلسلات جينية محددة بكفاءة ، وقطعها ، ألهمت فريقًا من العلماء للتساؤل عما إذا كان يمكن تقليد هذه القدرة لأغراض أخرى.

الجواب سيغير تحرير الجينات إلى الأبد.

في عام 2012 ، أظهر العالمان الرائدان جينيفر دودنا ، من جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، وإيمانويل شاربينتييه في جامعة أوميا بالسويد ، إمكانية اختطاف تقنية CRISPR وتعديلها. في الأساس ، قاموا بتحويل كريسبر من آلية دفاع بكتيرية إلى صاروخ يسعى للحمض النووي مربوطًا بمقص جزيئي. لقد عمل نظام كريسبر المعدل بشكل رائع ، حيث وجد وقطع أي جين يختارونه.

رسم توضيحي لمركب تحرير الجينات CRISPR-Cas9. يستخدم بروتين نوكلياز Cas9 (الأبيض والأخضر) تسلسل توجيه RNA (أحمر) لقطع الحمض النووي (الأزرق) في موقع تكميلي.

مكتبة صور Molekull / العلوم / Getty

تابعت عدة مجموعات بحثية العمل الأصلي ، مما يدل على أن العملية كانت ممكنة في الخميرة والفئران المستزرعة والخلايا البشرية.

انفتحت البوابات ، وارتفعت أبحاث كريسبر ، التي كانت لفترة طويلة مجال اختصاص علماء الأحياء الدقيقة الجزيئية. زاد عدد المقالات التي تشير إلى كريسبر في مجلة الأبحاث البارزة نيتشر بأكثر من 6000 بالمائة بين عامي 2012 و 2018.

بينما لا تزال أدوات تحرير الجينات الأخرى قيد الاستخدام ، توفر تقنية CRISPR قفزة هائلة نظرًا لدقتها وموثوقيتها. إنه جيد حقًا في العثور على الجينات وإجراء عمليات قطع دقيقة. يسمح ذلك بقطع الجينات بسهولة ، لكنه يوفر أيضًا فرصة للصق جينات جديدة في الفجوة. يمكن لأدوات تحرير الجينات السابقة القيام بذلك أيضًا ، ولكن ليس بالسهولة التي تستطيع بها تقنية كريسبر.

ميزة كبيرة أخرى تتمتع بها CRISPR على تقنيات تحرير الجينات البديلة هي حسابها. في حين أن التقنيات السابقة قد تكلف المختبر ما يزيد عن 500 دولار لتحرير جين واحد ، يمكن لمجموعة CRISPR أن تفعل الشيء نفسه بأقل من 100 دولار.

ما الذي يمكن أن تفعله كريسبر؟

تم تكييف نظام CRISPR / Cas9 لتمكين تعديل الجينات في الكائنات الحية بما في ذلك الخميرة والفطريات والأرز والتبغ وسمك الزرد والفئران والكلاب والأرانب والضفادع والقرود والبعوض وبالطبع البشر - لذا فإن تطبيقاته المحتملة هائلة .

بالنسبة لعلماء الأبحاث ، تعد كريسبر أداة توفر ترقيعًا أفضل وأسرع للجينات ، مما يسمح لهم بإنشاء نماذج للمرض في خطوط الخلايا البشرية ونماذج الفئران بكفاءة أعلى بكثير. مع نماذج أفضل من السرطان ، يمكن للباحثين أن يفهموا تمامًا علم الأمراض وكيفية تطوره ، وقد يؤدي ذلك إلى تحسين خيارات العلاج.

تتمثل إحدى القفزات المعينة في خيارات علاج السرطان في التعديل الجيني للخلايا التائية ، وهي نوع من خلايا الدم البيضاء الحاسمة لجهاز المناعة البشري. استخلصت تجربة إكلينيكية صينية الخلايا التائية من المرضى ، واستخدمت تقنية كريسبر لحذف الجين الذي يعمل عادةً ككابح للجهاز المناعي ، ثم أعاد إدخالها إلى المرضى في محاولة لمكافحة سرطان الرئة. وهذه مجرد واحدة من التجارب العديدة الجارية باستخدام الخلايا المعدلة بتقنية CRISPR لمحاربة أنواع معينة من السرطان.

بالإضافة إلى السرطان ، تمتلك تقنية كريسبر القدرة على علاج الأمراض التي تسببها طفرة في جين واحد ، مثل فقر الدم المنجلي أو الحثل العضلي الدوشيني. يُعرف تصحيح الجين المعيب بالعلاج الجيني ، ومن المحتمل أن تكون تقنية كريسبر هي أقوى طريقة للقيام بذلك. باستخدام نماذج الفئران ، أظهر الباحثون فعالية مثل هذه العلاجات ولكن العلاجات الجينية البشرية باستخدام كريسبر لم يتم اختبارها.

سيتم استهداف البعوض باستخدام محركات الجينات CRISPR ، والتي من المحتمل أن تدفع الأنواع الحاملة للملاريا إلى الانقراض.

معمل كريسانتي / أليكوس سيموني

ثم هناك محركات الجينات CRISPR ، والتي تستخدم تقنية CRISPR لضمان انتقال سمة وراثية من الأب إلى النسل - إعادة كتابة قواعد الميراث بشكل أساسي. يوفر ضمان انتشار جينات معينة عبر مجموعة سكانية فرصة غير مسبوقة لمعالجة الأمراض التي ينقلها البعوض مثل الملاريا ، مما يمكّن العلماء من تكوين بعوض عقيم في المختبر وإطلاقه في البرية لتحطيم السكان - أو حتى انقراض الأنواع. نشرت CNET تقريرًا شاملاً عن استخدامها المقترح والمخاوف الأخلاقية التي تحيط بها في فبراير 2019.

ولا تنتهي الفوائد المحتملة لـ CRISPR عند هذا الحد. تفتح الأداة طرقًا جديدة لإنشاء مضادات الميكروبات لمكافحة المستويات المتزايدة من مقاومة المضادات الحيوية ، والتلاعب المستهدف بالمحاصيل الزراعية مثل القمح لجعلها أكثر صلابة أو مغذية ، وربما القدرة على تصميم الجينات البشرية للبشر.

مخاوف CRISPR

قد تكون تقنية CRISPR هي الطريقة الأكثر دقة لقطع الحمض النووي التي اكتشفناها حتى الآن ، ولكنها ليست دائمًا مثالية.

أحد العوائق الرئيسية التي تحول دون تشغيل تقنية كريسبر بشكل فعال مع البشر هي مخاطر "التأثيرات غير المستهدفة". عندما يتم تكليف تقنية CRISPR بمطاردة الجين ، فإنها أحيانًا تجد الجينات التي تبدو مشابهة جدًا لهدفها وتقوم بقطعها أيضًا.

قد يتسبب القطع غير المقصود في حدوث طفرات في جينات أخرى ، مما يؤدي إلى أمراض مثل السرطان ، أو قد لا يكون له أي تأثير على الإطلاق - ولكن مع وجود قلق كبير بشأن السلامة ، سيحتاج العلماء إلى التأكد من أن تقنية كريسبر تعمل فقط على الجين المقصود أن تؤثر عليه. لقد بدأ هذا العمل بالفعل ، وقد تلاعبت عدة فرق من الباحثين باستخدام تقنية CRISPR / Cas9 لزيادة خصوصيتها.

حتى الآن ، اقتصر عمل كريسبر على الخلايا التي لا تنقل جينومها إلى الجيل التالي. ولكن يمكن أيضًا استخدام التحرير الجيني لتحرير الأجنة وبالتالي تغيير مجموعة الجينات البشرية. في عام 2015 ، اقترحت لجنة خبراء من علماء CRISPR أن مثل هذا التحرير - المعروف باسم تحرير الخط الجرثومي - سيكون غير مسؤول حتى يتم التوصل إلى توافق في الآراء بشأن السلامة والفعالية والتنظيم والمخاوف الاجتماعية.

لا يزال البحث في تعديل الخط الجرثومي يحدث منذ عدة سنوات. في عام 2017 ، قام العلماء في المملكة المتحدة بتحرير الأجنة البشرية لأول مرة ، واستخدم الباحثون في الولايات المتحدة تقنية كريسبر لتصحيح الجين المعيب الذي يسبب أمراض القلب. بدأت القدرة على تعديل الأجنة في إثارة مخاوف أخلاقية حول ما يسمى بالأطفال المصممين ، حيث قد يختار العلماء جينات مفيدة لزيادة اللياقة البدنية أو الذكاء أو قوة العضلات ، والتسلل إلى المياه المثيرة للجدل لعلم تحسين النسل.

من المحتمل أن يكون هذا المستقبل بالذات بعيدًا - لكن عصر تحرير الجينوم البشري قد بدأ بالفعل.

تحرير البشر

في 25 نوفمبر 2018 ، قال العالم الصيني Jiankui He إنه ابتكر أول أطفال CRISPR في العالم. باستخدام كريسبر ، تمكن من حذف الجين المعروف باسم CCR5. نتج عن الأجنة المعدلة ولادة توأمتين عرفتا بأسماء مستعارة لولو ونانا.

أدان المجتمع العلمي البحث على نطاق واسع ، منتقدًا افتقاده للشفافية وتساءل عما إذا كانت هناك حاجة طبية غير ملباة للفتاتين لتلقي مثل هذا التعديل. في أعقاب البحث ، اقترح العديد من الباحثين البارزين المشاركين في إنشاء كريسبر فرض حظر عالمي على استخدام الأداة لتحرير الخط الجرثومي.

قليلون قد يجادلون بأن عمل هي يسلط الضوء على الحاجة إلى ضوابط تنظيمية أكثر صرامة ورقابة فعالة على التجارب السريرية التي يتم فيها تحرير الأجنة. في حين أنه يحافظ على أن تجربته كانت معنية بتحسين صحة الفتاتين التوأمين من خلال جعلهما مقاومين لفيروس نقص المناعة البشرية ، فقد اعتُبرت التجربة متهورة وخاطئة أخلاقياً وتم التغاضي عن العواقب المحتملة. تشير الأبحاث الحديثة إلى أن الحذف الذي أنشأه في الجين CCR5 قد يؤثر على نشاط الدماغ ، بعد أن أظهرت دراسة أجريت على الفئران أن حجب CC5 يحسن الإدراك والتعافي من السكتة الدماغية.

في يناير 2019 ، قالت الحكومة الصينية إنه تصرف بشكل غير قانوني وغير أخلاقي وسيواجه اتهامات. تم فصله في وقت لاحق من قبل جامعته.

Jiankui ادعى أنه خلق أول أطفال معدلين جينيًا في العالم.

خلصت القمة الدولية الأخيرة لتحرير الجينوم البشري ، في نوفمبر 2018 ، كما فعلت في عام 2015 ، إلى أن "الفهم العلمي والمتطلبات الفنية للممارسة السريرية لا تزال غير مؤكدة والمخاطر أكبر من أن تسمح بإجراء التجارب السريرية لتحرير السلالة الجرثومية في ذلك الوقت . "

يبشر عمله ، الذي لم يُنشر بعد ، بأول تجربة سريرية وولادة لأشخاص معدلين وراثيًا - مما يعني ، سواء كانت النية أم لا ، فقد بدأ حقبة جديدة لـ CRISPR.

مع اندلاع الثورة إلى الأمام ، ستظل أكبر التحديات هي الإشراف الفعال على التكنولوجيا وتنظيمها ، والعقبات التقنية التي يجب أن يتغلب عليها العلم للتأكد من أنها دقيقة وآمنة ، وإدارة الاهتمامات المجتمعية الأكبر المتعلقة بالتلاعب بالأشياء التي تجعلنا نحن.

التطورات الأخيرة

تستمر تقنية "كريسبر" في احتلال عناوين الصحف حيث يعمل العلماء على تحسين خصوصيتها وتحويلها إلى عدد لا يحصى من الأمراض الوراثية. في 4 فبراير ، كشف باحثون في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، بمن فيهم رائدة كريسبر جينيفر دودا ، أنه يمكن استخدام إنزيم آخر ، CasX ، لتعديل الجينات بدلاً من Cas9.

حدد العلماء كاسكس في بكتيريا تعيش على الأرض لا توجد عادة في البشر ، مما يعني أن أجهزة المناعة لدينا أقل عرضة للتمرد عليها. نظرًا لأنه أصغر حجمًا وربما أكثر تحديدًا من Cas9 ، يمكنه قص الجينات بنجاح أكبر وفرصة أقل لأي تأثيرات سلبية.

بعد ذلك ، في 18 فبراير ، كشف العلماء في جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو أنهم استخدموا كريسبر لجعل الخلايا الجذعية "غير مرئية" لجهاز المناعة. يمكن للخلايا الجذعية أن تنضج لتصبح خلايا بالغة لأي نسيج ، لذلك تم اقتراحها كطريقة لإصلاح الأعضاء التالفة. ومع ذلك ، يحاول الجهاز المناعي عادةً القضاء على أي غاز أجنبي ويُنظر إلى الخلايا الجذعية على هذا النحو. مكّن كريسبر الخلايا الجذعية من التهرب من جهاز المناعة حتى تتمكن من العمل على الشفاء.

بعد يوم واحد فقط ، نشر باحثون في معهد سالك للعلوم البيولوجية في دورية نيتشر ميديسين نتائجهم حول علاج كريسبر لمرض هتشينسون جيلفورد بروجيريا ، وهو مرض مرتبط بالشيخوخة السريعة. ينتج المرض عن طفرة جينية تؤدي إلى تراكم بروتينات غير طبيعية ، مما يؤدي في النهاية إلى موت الخلايا المبكر. تم إثبات أن جرعة واحدة من CRISPR / Cas9 تكبح المرض في نموذج فأر ، مما يمهد الطريق لمزيد من استكشاف الإمكانات العلاجية لـ CRISPR.

ولا تزال المزيد من قصص نجاح CRISPR مستمرة في الظهور. في 25 فبراير ، أعلنت شركة CRISPR Therapeutics ، وهي شركة شارك في تأسيسها إيمانويل شاربينتيير ، صاحب الرؤية في شركة CRISPR ، أن أول مريض من البشر قد تم حقنه بدواء CRISPR / Cas9 لعلاج مرض بيتا. - الثلاسيميا. ينتج المرض عن طفرة جينية تؤدي إلى عدم قدرة خلايا الدم الحمراء على تكوين جزيء نقل الأكسجين الهيموجلوبين. لمكافحة ذلك ، يأخذ فريق العلاج في كريسبر الخلايا الجذعية من المريض ، ويقوم بتحريرها باستخدام كريسبر / كاس 9 خارج الجسم لزيادة إنتاج الهيموجلوبين ثم إعادة نقلها إلى مجرى الدم. تخطط الشركة لاستخدام نهج مماثل في علاج أمراض الدم المعروفة باسم فقر الدم المنجلي.

تتقدم أبحاث كريسبر بوتيرة سريعة ، وقد يكون من الصعب مواكبة ذلك. في سبع سنوات فقط ، انتقلت تقنية كريسبر من التكيف التطوري في البكتيريا إلى أداة تعديل الجينات التي خلقت أول إنسان معدل وراثيًا. لقد رأينا بالفعل كريسبر يحول مجال البيولوجيا الجزيئية بأكمله وقد انتشر هذا التأثير عبر المجالات البيولوجية والطبية.


3 أسئلة كبيرة حول تحرير الجينات البشرية

اجتمع باحثون من جميع أنحاء العالم في واشنطن العاصمة هذا الأسبوع لمناقشة التطور السريع لتكنولوجيا تحرير الجينات البشرية.

في القمة الدولية لتحرير الجينات البشرية ، التي استضافتها الأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم في واشنطن ، والأكاديمية الصينية للعلوم والجمعية الملكية في المملكة المتحدة ، دارت نقاشات كثيرة حول التكنولوجيا الحيوية المطورة حديثًا لتحرير الجينات المسماة كريسبر - المشتقة من بروتين بكتيري - - يتيح للعلماء قص أو تعديل أجزاء معينة من الحمض النووي.

لديه القدرة على المساعدة في التخلص من بعض الأمراض عن طريق فصل المقتطفات المعيبة من جيناتنا. ولكن بسبب التأثير غير المعروف على المدى الطويل ، يدعو بعض كبار العلماء إلى وقف استخدامه.

في القمة ، تم طرح عدد قليل من القضايا الرئيسية مرارًا وتكرارًا: ما أنواع الأمراض التي يمكن معالجتها بتقنيات تحرير الجينات البشرية؟ ما هي المخاطر والآثار الجانبية المحتملة؟ وما هي القضايا الأخلاقية المحيطة بالتكنولوجيا الجديدة؟

تحدثت شبكة سي بي إس نيوز مع خبراء من مختلف مجالات الطب ، معظمهم حضروا القمة ، حول هذه الأسئلة الكبيرة.

ما هي الأمراض التي يمكن علاجها؟

تتجه الأخبار

قال Fran & ccediloise Baylis ، الفيلسوف وخبير الأخلاقيات الحيوية بجامعة Dalhousie في هاليفاكس: "في الأساس ، ستبحث في الأمراض الوراثية حيث تنظر إلى جين واحد وستدخل الجين المعطل وتعطله أو تستبدله". ، كندا.

أوضح الدكتور آرثر كابلان ، المدير المؤسس لقسم الأخلاقيات الطبية في مركز لانغون الطبي التابع لجامعة نيويورك ، أن التليف الكيسي ، ومرض الكلى متعدد الكيسات ، والهيموفيليا ، ومرض تاي ساكس ، وبعض سرطانات الثدي هي من بين الحالات التي قد يبحث العلماء أولاً عن علاجها. صحة السكان.

قال كابلان: "يطلق عليهم اسم الطفرات النقطية. إنها الأماكن الأولى التي تحاول الذهاب إليها".

لكن العلماء يعتقدون أن هذه فقط البداية. "I hope that there will be a move beyond, to more complex diseases and disorders," Baylis, a member of the organizing committee for this week's summit, told CBS News.

She pointed out that the meeting was divided into discussions about two types of gene editing therapies: Somatic (non-reproductive) cell therapy, which involves treating individual sick people, and the more controversial germ line therapy, which involves editing genetic material in embryos.

Baylis said the CRISPR advances make more "fanciful" ideas about using gene editing for human enhancement "seem all the more possible," too.

Caplan said that back in the late seventies, scientists swore they'd never touch the germ line -- embryos.

"They were terrified it was eugenics, Nazi Germany. In order to keep people calm, scientific leaders said, 'Whatever we do with genetic changes, we're just going to stick with somatic cells , don't worry about it, we're never going do that.'"

But Caplan said that's always what scientists say when they don't have the ability to do something now, with an editing tool such as CRISPR, the conversation is changing.

Does that mean scientists will be able to engineer changes to eye or skin color, or give people mega-strength?

Maybe, said Caplan. "I think it's reasonable to presume you could tweak things for strength, more muscles, endurance, or to be able to run or travel further." You might be able to enhance memory, to make a person able to retain more or learn faster, he said.

Someday, he said, "I think you could tweak genes that would allow you to perceive more. You might be able to see more like a bat, sense more of the radiation spectrum. See ultraviolet light and parts of the energy spectrum we don't see but that other creatures do. Eagle-eye vision."

"You could certainly make people more disease resistant, less likely to get a cold or the flu. Or to fight off MRSA or E. coli -- build up their immune systems. Enhance them so they could enjoy more pleasure. They've been doing a teeny, tiny bit in animals," said Caplan, who will lead sessions on ethical and regulatory issues of gene editing in animal research next week in Washington, DC.

But such knowledge is still years away, he added, and scientists at the summit made it clear that the aim of the new technology is to heal the sick.

Dr. Mitchell Weiss, chair of the hematology department at St. Jude Children's Research Center, told CBS News that somatic therapies to treat individual patients are already being tested in clinical trials.

He said the technology has the potential to treat conditions such as HIV, hemophilia, sickle cell anemia, and some forms of cancer.

"Genome editing directed toward bone marrow is another application," he said. The bone marrow can be removed, genetically edited in the lab, and then returned to the body. This technique, he said, may lower the health risks of a current treatment option for children with sickle cell anemia, an inherited condition in which there aren't enough healthy red blood cells to carry enough oxygen throughout the body, for example.

What are the health risks?

The main worry about CRISPR is the same worry you'd have using any gene therapy, Weiss said: "You mess around with the genome, and are you going to shut off something important or turn on something bad?"

Past investigational gene therapy led to cancer in some patients, he said.

"The major risk that people are concerned about -- there are different kinds of risk -- but the most significant right now is 'off-target' side effects," said Pilar Ossorio, professor of law and bioethics at the Morgridge Institute for Research at the University of Wisconsin-Madison.

She said once you put a CRISPR gene editing "tool" into a person's body, it can travel throughout the body and might get into other cells that you're not targeting. So the aim will be to figure out how to apply the gene editing only to the cells and tissues that scientists want to hit, without affecting anything else.

"Cells are dying all the time. If all it does is cause a cell here or there to cease to function, though, that will probably not be noticeable," Ossorio said.

What are the ethical issues - and potential for abuse?

"Our traditional ways of understanding risk and benefit completely apply. We have to make those calculations whenever we use a new kind of therapy," said Ossorio.

More risk may be acceptable for patients who have no other good treatment options. "For medical applications, the first applications are that we are trying to treat a disease. There is a human being in front of you who has a very serious disease, and you wouldn't start studying this technology in a person unless that person didn't have alternatives. Maybe existing therapies didn't work for them or there are no existing therapies," Ossorio said.

In somatic cells, gene editing will not be transmitted down to future generations, she said.

However, Caplan pointed out, it's not clear yet how germ line gene editing will affect future generations. It's possible that those genetic changes could be passed down when the person has children.

Kyle Orwig, the director of the Molecular, Genetics, and Developmental Biology Program at the University of Pittsburgh School of Medicine said, "My ethics are mostly focused on medical need and safety and efficacy. If you haven't proven safety and efficacy in animal models, you shouldn't proceed to clinical trials. And if you have, you should. And don't make trials any bigger than they need to be," to avoid exposing more people to any potential risks.

He added, "There's the claim that ethics go beyond safety and efficacy. That's there's some kind of slippery slope, but I think most of these arguments disappear once safety and efficacy is shown."

"It's good these discussions are taking place," Caplan said. "At the same time, I think we've got to be realistic. Better than fighting about bans or prohibitions, is to fight about what rules we want in order to try to fix disease in the germ line."

Another concern raised at the summit involved social justice -- equity when it comes to medical care. Gene editing technologies are costly and many experts said they're concerned that patients who might benefit from them would not have access. Weiss said sickle cell anemia, for example, one of his areas of expertise, impacts many inner city and low-income patients, not to mention those in the developing world.

"If you live in Africa or under-developed countries, health care is very different," he said.

But Caplan said disparity will not slow down technological innovation in this case, and rarely does.

"The equity thing will not work as an argument. Right now there are kids in New York City going to the finest prep schools and in Mississippi, there are kids who don't have books," he said. "Some people get care at the Mayo Clinic and some people don't have health insurance. We have neonatal care rescuing babies here in the U.S. yet many children in Africa are dying of diarrhea. I don't think it will hold things up. It would be more reasonable to try and set things up so that disease repair by gene editing is more affordable."

After three days of intensive discussion, the members of the organizing committee for the International Summit on Human Gene Editing issued a statement of conclusions. They called for more "intensive" basic science research, and for the use of existing and evolving regulatory frameworks for somatic cell clinical investigations. They also highlighted the need to address the complex issues that relate to germ line editing, and the importance of ongoing discussions as the science moves forward.


Researchers' algorithm to make CRISPR gene editing more precise

It eventually became a Nobel prize-winning revolution when researchers first engineered CRISPR as a gene editing technology for bacterial, plant, animal and human cells. The potential of the technology is great and span from curing genetically disposed diseases to applications in agricultural and industrial biotechnology, but there are challenges.

One such challenge consists of selecting a so-called gRNA molecule which should be designed to guide the Cas9 protein to the right location in the DNA where it will make a cut in relation to the gene editing.

"Typically, there are multiple possible gRNAs and they are not all equally efficient. Therefore, the challenge is to select the few that work with high efficiency and that is precisely what our new method does," says Yonglun Luo, Associate Professor Department of Biomedicine at Aarhus University.

The new method is developed from the researchers' new data and implementation of an algorithm, which gives a prediction on what gRNAs that work most efficiently.

"By combining our own data with publicly available data and including knowledge on the molecular interactions between gRNA, DNA and the CRISPR-Cas9 protein, we have succeeded in developing a better method," says Jan Gorodkin, professor at the Department of Veterinary and Animal Sciences at the University of Copenhagen.

Data, deep learning molecular interactions

Jan Gorodkin's research group with Giulia Corsi and Christian Anthon have collaborated with Yonglun Luo's research group in order to achieve the new results. The experimental part of the study was conducted by Luo's group while Gorodkin's group spearheaded the computer modelling.

"In our study, we have quantified the efficiency of gRNA molecules for more than 10,000 different sites. The work was achieved using a massive, high throughput library-based method, which would not be possible with traditional methods," says Yonglun Luo.

The researchers took their starting point concerning data generation in the concept of having a virus express gRNA and a synthetic target site in one cell at a time. The synthetic target sites have exactly the same DNA sequences as the corresponding target sites in the genome. Thus, these synthetic target sites are used as so-call surrogate target sites to capture the CRISPR-Cas9 editing efficiency. Together with colleagues from Lars Bolund Institute of Regenerative Medicine in BGI-Research and Harvard Medical School, they generated high quality CRISPR-Cas9 activity for over 10,000 gRNAs.

With this dataset of gRNAs with known efficiencies from low to high, the researchers were able to construct a model that could predict efficiencies of gRNAs which has not been seen before.

"In order to train an algorithm to become precise, one has to have a large dataset. With our library of viruses, we have obtained data that constitutes the perfect starting point for training our deep learning algorithm to predict the efficiency of gRNAs for gene editing. Our new method is more precise than other methods currently available," says Jan Gorodkin.


What will happen to He — and the children?

He has been criticized, but not just because he pursued germline editing. He also neglected to do adequate safety testing and failed to follow standard procedures in procuring participants. He was subsequently censured by the health ministry in Guangdong, where he worked, and fired from his university. He did not respond to طبيعة سجية’s multiple attempts to contact him.

At this point, further penalties seem to be in the hands of the police. There are a range of criminal charges that He could face. While recruiting participants, He and his team agreed to cover the costs of fertility treatment and related expenses, up to 280,000 yuan (US$42,000). He also stipulated that participants would have to repay costs if they dropped out. Liu Ye, a lawyer at the Shanghai Haishang Law Firm, says that if such payments are found to count as coercive measures, they could constitute a crime. Guangdong province also found that He used forged ethics-review documents during recruitment of participants and swapped blood samples to skirt laws against allowing people with HIV to use assisted reproductive technologies.

Why were scientists silent over gene-edited babies?

He claims to have disabled a gene called CCR5, which encodes a protein that allows HIV to enter cells. He was aiming to mimic a mutation that exists in about 10% of Europeans, and helps to protect them from HIV infection. But He might have inadvertently caused mutations in other parts of the genome, which could have unpredictable health consequences. (He claims to have found no such mutations.) Also, CCR5 is thought to help people fight off the effects of various other infections, such as West Nile virus. If the gene is disabled, the girls could be vulnerable. If they do suffer in a way that is linked to He’s procedure, and He is found to have been practising medicine illegally, he could be sentenced to between three and ten years in prison, says Zhang Peng, a criminal-law scholar at Beijing Wuzi University. But identifying those health effects could take years.

He promised to follow up with the girls until they were 18 years old, but it is unlikely that the health ministry, which ordered He to stop doing science, will allow him to be involved in the evaluations. It is not known what, if any, special measures are being taken to look out for the girls’ health or to track the other pregnancy.


Crispr Gene Editing Can Cause Unwanted Changes in Human Embryos, Study Finds

Instead of addressing genetic mutations, the Crispr machinery prompted cells to lose entire chromosomes.

A powerful gene-editing tool called Crispr-Cas9, which this month nabbed the Nobel Prize in Chemistry for two female scientists, can cause serious side effects in the cells of human embryos, prompting them to discard large chunks of their genetic material, a new study has found.

Administered to cells to repair a mutation that can cause hereditary blindness, the Crispr-Cas9 technology appeared to wreak genetic havoc in about half the specimens that the researchers examined, according to a study published in the journal Cell on Thursday.

The consequences of these errors can be quite serious in some cases, said Dieter Egli, a geneticist at Columbia University and an author of the study. Some cells were so flummoxed by the alterations that they simply gave up on trying to fix them, jettisoning entire chromosomes, the units into which human DNA is packaged, Dr. Egli said.

“We’re often used to hearing about papers where Crispr is very successful,” said Nicole Kaplan, a geneticist at New York University who was not involved in the study. “But with the amount of power we hold” with this tool, Dr. Kaplan said, it is crucial “to understand consequences we didn’t intend.”

Crispr-Cas9, a scissorslike chemical tool that can precisely cut and customize stretches of genetic material, such as human DNA, stoked international controversy in 2018 when He Jiankui, a Chinese scientist, used the technology to yield the world’s first gene-edited infants. The experiment was widely condemned as irresponsible and dangerous — in large part because many of the ways in which Crispr-Cas9 can affect cells remain poorly understood. Dr. He was found guilty of conducting illegal medical practices in China and sentenced to three years in prison.

The new paper’s findings further underscore that “it’s really too soon to be applying Crispr to reproductive genetics,” said Nita Farahany, a bioethicist at Duke University who was not involved in the study.

Crispr-Cas9 treatments have already been given directly to people to treat conditions like blindness — a potential cure that affects that patient, and that patient only. But modifications made to sperm, eggs and embryos can be passed to future generations, raising the stakes for any mistakes made along the way.

Although scientists have been tinkering with genomes for decades, Crispr-Cas9 can accomplish a precise type of genetic surgery that other tools cannot.

Scientists can use Crispr-Cas9 to home in on a specific region of the genome and snip it in two. Sensing trouble, the cell rushes to heal its genetic wound, sometimes using a similar-looking stretch of nearby, intact DNA as a template as it stitches the pieces back together. This gives researchers an opportunity to splice in a tailor-made template of their own, in the hopes that the cell will incorporate the intended change.

In 2017, a team of researchers led by Shoukhrat Mitalipov, a geneticist at Oregon Health and Science University in Portland, reported that human embryos carrying a mutation could be coaxed into this process without a synthetic template. The researchers generated embryos from a union between two cells: a sperm carrying a mutation that can make it harder for the heart to pump blood, and an egg with a healthy version of the gene. Dr. Mitalipov and his team used Crispr-Cas9 to cut the broken copy of the gene to see if the intact version would guide its repair. They reported the experiment a success and published it in the journal Nature.

“In principle, this could be a way to correct a mutation in a human embryo” that has only one broken copy of a gene, Dr. Egli said.

But the new findings could cast some doubt on the 2017 work, Dr. Egli added.

The researchers of the Cell study focused on a different mutation — one that causes hereditary blindness and affects a different part of the genome — but adopted a similar setup. Using donated sperm containing a mutation in a gene called EYS, they fertilized eggs that had normal copies of EYS, then sent in Crispr-Cas9 to snip the mutation.

Several of the cells managed to sew the Crispr-cut pieces of DNA back together with a few minor changes, Dr. Egli said.

But about half the embryos seemed unable to cope with the trauma of the break. The genetic damage failed to heal, eventually forcing cells to tear off and toss aside large chunks of the chromosome that harbored the mutated EYS. In some cells, the entire chromosome was lost.

“That is not a correction,” Dr. Egli said. “That is a vastly different outcome.”

Instead of gently goading the cell into editing the genetic “text” at which it was targeted, the Crispr machinery gouged irreparable gaps in cells’ DNA, said Maria Jasin, a geneticist at Memorial Sloan Kettering Cancer Center and another author of the study. The negative consequences of this, she added, were disproportionately disastrous. “They were talking about trying to repair one gene, and you have a substantial fraction of the genome being changed,” Dr. Jasin said.

Dr. Egli and Dr. Jasin said that this probably happened in Dr. Mitalipov’s 2017 paper as well, but it went unnoticed. After Dr. Mitalipov’s team carried out their Crispr-Cas9 treatment, they could no longer detect the mutation in embryos. But Dr. Egli and Dr. Jasin noted that, technically, dumping or destroying a huge segment of a chromosome would have wiped out evidence of the mutation as well. Dr. Mitalipov and his team, they said, might have mistaken a deletion for an edit.

Dr. Mitalipov disagreed with this interpretation, and he said the new paper’s conclusions were not fully backed up by the necessary data. “They don’t have evidence to show these are deletions,” he said. Far more complex experiments, he said, would be needed to conclusively distinguish a “corrected” chromosome from an absent one.

Dr. Kaplan, of New York University, said she found the new paper’s findings convincing. And she, like all of the other experts who spoke with The New York Times, echoed a crucial sentiment: that Crispr-editing embryos in the clinic must remain a far-off reality, if it is ever approved at all.

“At this point, it’s too dangerous,” Dr. Jasin said. “We’re just not sure which way things are going to go.”

The U.S. government does not permit the use of federal funds to conduct research on human embryos. Dr. Egli’s team sought private funding from the New York Stem Cell Foundation and the Russell Berrie Foundation Program in cellular therapies to run its experiments.

Other Crispr-based technologies exist that could circumvent several of the issues the team identified. For example, some researchers have developed techniques that allow them to make less drastic cuts to the genome and tinker with just one genetic letter at a time.

Given his team’s findings, Dr. Egli also floated the idea that the blunter version of Crispr-Cas9 could someday be deployed as a sort of molecular bomb: shredding and eliminating unwanted, extra chromosomes when they appear in embryos.

Dr. Farahany, of Duke University, urged caution. The new study, she said, only builds upon the notion that scientists will need to walk, not run, in developing Crispr tools for reproductive medicine.

“We have a long way to go,” Dr. Farahany said. “Until we can figure out what the off-target effects are, and how we can control for them,” embryo editing of any kind “would be deeply unethical.”


How does gene editing in one cell affect other cells? - مادة الاحياء

Genome editing is a way of making changes to specific parts of a genome. Scientists have been able to alter DNA since the 1970s, but in recent years, they have developed faster, cheaper, and more precise methods to add, remove, or change genes in living organisms. Researchers are working to develop therapies that use gene editing to treat children or adults for a range of conditions, including sickle cell, hemophilia, and some forms of cancer and blindness.

Since 2015, a few laboratories have been experimenting with a far more controversial use of CRISPR: editing the genomes of early human embryos, eggs, and sperm. If edited embryos are used to start a pregnancy, the changes affect every cell in the body of any resulting child, that child’s offspring, their offspring, and so on. Dozens of countries already prohibit any attempt to start a pregnancy with edited embryos, yet some scientists seem eager to proceed.

In November 2018, researcher He Jiankui from Shenzhen, China announced the birth of the first gene-edited babies: twin girls publicly referred to as Lulu and Nana. In a reckless and widely condemned experiment, He had edited the DNA of two embryos and used them to start a pregnancy. The babies were born prematurely and their current health status is unknown.

These utterly unethical experiments have pushed the issue of human genome editing to the forefront of media, scientific, and public discussion and debate. Any discussion of how we might use this technology in the future needs to consider the serious societal consequences of human genome editing. This includes examining the rise of vast economic inequalities and the resurgence of overt xenophobia and racism in many parts of the world. It also includes acknowledging our eugenic histories and the present-day systemic oppression of women, people of color, Indigenous people, LGBTQ people, and people with disabilities, particularly as they relate to reproduction and ideas about who is “fit” to reproduce.

Human genome editing is not just a scientific issue. إنها a political and social justice issue that intersects with the concerns of multiple movements, including disability rights, LGBTQ rights, reproductive rights and justice, racial justice, environmental justice, and health justice. Read on to learn more about human genome editing and why everyone should have a say in the decisions we make about whether and how to use this powerful technology.

What is CRISPR?

CRISPR is a gene editing technology that allows scientists to make changes to the DNA of living organisms more precisely and inexpensively than before. CRISPR stands for clustered regularly interspaced palindromic repeats. These segments of DNA occur naturally in bacteria, where they store information that helps recognize invading viruses. Associated enzymes, such as Cas9, then cut viral DNA out of the bacterial genes.

Scientists discovered that they can adapt CRISPR-Cas molecules to search for a specific DNA sequence and cut precisely at that point — not just in bacteria, but in plant, animal, and human cells, too. They can also provide a new DNA sequence for the cell to use when it repairs the cut.

CRISPR-Cas is often compared to the “find and replace” function in a word processor, but this metaphor of gene “editing” can make it sound more precise than it actually is. CRISPR sometimes mis-recognizes a DNA sequence that is similar to the one it’s looking for and cuts in the wrong place, causing “off-target mutations.” Other times it might cut in the right place, but cause mistakes, or “indels,” where DNA is incorrectly inserted or deleted.

Gene Therapy: Changing genomes to treat disease

There are two distinct ways gene editing might be used in humans. Gene therapy, or somatic gene editing, changes the DNA in cells of an adult or child to treat disease, or even to try to enhance that person in some way. The changes made in these somatic (or body) cells would be permanent but would only affect the person treated. One way this is already being done is by editing a person’s immune cells to help them better fight cancer. Clinical trials will soon be underway to use CRISPR to edit blood cells as a treatment for sickle cell anemia and other blood disorders. Gene therapy raises many of the same social and ethical issues as other high-tech medical treatments, including ethical research practices, safety and effectiveness, unequal access to expensive treatments, and how we allocate resources, but is widely supported as a promising way to treat disease.

Germline Editing: Changing the genomes of future generations

But there is a much more controversial way that human gene editing could be used. In germline modification, gene editing would change the DNA of embryos, eggs, or sperm. Because germline DNA is passed down to all future generations, any changes — whether they had beneficial or harmful effects — would be as well. Some have proposed that germline editing could be used to prevent inherited diseases, but this would carry unacceptably serious safety, ethical, and social risks. And it’s unneeded, since we already have safe and effective ways to prevent passing on an inherited disease. People at risk can use preimplantation genetic diagnosis (PGD), a way to screen embryos created through in vitro fertilization (IVF) and select one that is unaffected this allows parents to have a genetically related child without passing on an inherited disease. PGD certainly raises its own ethical questions, particularly around disability rights and justice, but it poses fewer safety and societal risks than germline editing would.

Understanding the Social and Ethical Risks

New technologies often raise ethical questions about their unknown risks and benefits. These questions become especially tricky — and essential — when we are talking about something like human germline editing, which affects future generations who obviously can’t consent to the changes being made to their DNA. What risks would women (who are rarely mentioned in discussions about human gene editing for reproduction) be subject to as the ones who would carry pregnancies started with genetically modified embryos and deliver the resulting children (for themselves or for others)? How could potential parents make informed decisions when there would be unknown health risks that might emerge during pregnancy for the woman and the fetus, epigenetic effects, and health issues that might not develop until adulthood or old age (or even in future generations)? It would be extremely difficult, if not impossible, to ethically conduct the kind of follow-up studies that would be necessary to say that human genome editing is safe enough to use in reproduction.

But focusing on these obvious safety risks takes too narrow a view and overlooks the many serious social and ethical risks that germline editing would pose. Imagine wealthy parents being able to purchase enhancements (real or perceived) for their children, and the kind of world that would result if children’s education and life chances were thought to be determined at birth by their DNA. Imagine the long-term consequences of imposing the preferences and biases we hold today on the genes of all future generations. Consider the potential effects on groups that have less power in society and are already discriminated against, including people with disabilities, people of color, and women. Ableism, racism, and reproductive injustices would likely be exacerbated by human genome modification, if it were ever allowed. These and other social inequalities that already shape our lives could rapidly grow worse, and new forms of inequality could be introduced, leading to a new form of eugenics.

While it might seem possible to avoid such dire outcomes by limiting the use of germline gene editing to the prevention of serious diseases, this would be extremely difficult. The line between therapy and enhancement is fuzzy and would be nearly impossible to enforce. How would we determine which diseases are serious enough to edit out? And who would decide? There are many disabled people who value their differences as a form of human diversity and do not think they need to be “treated” or “cured.” Allowing just some uses of germline gene editing for reproduction would mean opening the door to all uses. For these reasons, over 40 countries have banned human germline modification.

Who Gets to Decide?

Human germline editing is not just a scientific or technical issue. It affects how we understand ourselves as humans and what kind of future we want to build. It has implications for society as a whole, not just individuals. Therefore, decisions about whether to permit germline modification should not be made by small groups of scientists or bioethicists, by biotechnology companies, or by wealthy elites. Human germline editing is an urgent social justice issue we need public discussions of it that are open to all.


شاهد الفيديو: مكونات الخلية رحلة داخل الخلية الحية (قد 2022).


تعليقات:

  1. Sazuru

    حقا قصيرة

  2. Regenfrithu

    الجواب السريع ، خاصية العقل :)

  3. Ackerley

    أنا آسف ، لكن أعتقد أنك مخطئ. أنا متأكد. يمكنني إثبات ذلك. أرسل لي بريدًا إلكترونيًا في PM ، سنتحدث.

  4. Zelig

    مدهش

  5. Aralrajas

    في رأيي لم تكن على حق. أعرض مناقشته. اكتب لي في PM ، سنتعامل معها.

  6. Arye

    يتفقون معك تماما. في ذلك شيء أيضًا بالنسبة لي يبدو أنه فكر ممتاز. تماما معك سوف أوافق.

  7. JoJolkree

    إنه أمر مقبول ، يجب أن يكون هذا الفكر الرائع عن قصد على وجه التحديد



اكتب رسالة