1 1 1 1 1 Оценка 100% (1 гласуване)
Pin It

 

2022 06 CRISPR

 

Преди десет години тази седмица Дженифър Дудна и нейните колеги публикуваха резултатите от един много специфичен експеримент с бактериални гени в епруветка. Когато проучването излезе в списание Science на 28 юни 2012 г., то не влезе в заглавията на новините. Всъщност през следващите няколко седмици то изобщо не влезе в новините.

Гледайки назад, д-р Дудна се пита дали пропускът е имал нещо общо със странното заглавие, което тя и колегите ѝ са избрали за изследването си: „Програмируема двойна ДНК ендонуклеаза, управлявана от РНК, в адаптивния бактериален имунитет“.

„Предполагам, че ако пишех статията днес, щях да избера друго заглавие“, каза в интервю д-р Дудна, биохимичка в Калифорнийския университет в Бъркли.

Откритието далеч не е езотерично, а насочва към нов метод за редактиране на ДНК, който може да направи възможно дори да се променят човешки гени.

„Спомням си, че си мислех много ясно, докато публикувахме тази статия: това е все едно да изстреляш стартовата пушка на състезание“, каза тя.

Само за едно десетилетие CRISPR се превърна в едно от най-известните изобретения в съвременната биология. Той бързо промени начина, по който медицинските изследователи изучават болестите: Раковите биолози използват метода, за да открият скрити уязвимости на туморните клетки. Лекарите го използват, за да редактират гени, които причиняват наследствени заболявания.

„Ерата на редактиране на човешки гени не е нещо, което тепърва се очаква“, казва Дейвид Лиу, биолог от Харвардския университет. „Тя е вече тук.“

Но влиянието на CRISPR се простира далеч отвъд медицината. Еволюционните биолози използват технологията, за да изучават мозъците на неандерталците и да изследват как нашите маймунски предци са загубили опашките си. Растителните биолози редактират семена, за да произвеждат култури с нови витамини или със способност да устояват на болести. Някои от тях могат да достигнат до рафтовете на супермаркетите през следващите няколко години.

CRISPR има толкова бързо въздействие, че д-р Дудна и колежката ѝ Еманюел Шарпантие от звеното „Макс Планк“ за наука за патогените в Берлин спечелиха Нобеловата награда за химия за 2020 г. Комитетът по награждаването приветства тяхното изследване от 2012 г. като „епохален експеримент“.

Д-р Дудна е осъзнала много рано, че CRISPR ще постави редица трънливи етични въпроси, а след десетилетие на разработването му тези въпроси са по-належащи от всякога.

Дали предстоящата вълна от култури, променени чрез CRISPR, ще изхрани света и ще помогне на бедните фермери, или само ще обогати агробизнес гигантите, които инвестират в технологията? Дали медицината, базирана на CRISPR, ще подобри здравето на уязвимите хора по света, или ще има цена от милиони долари?

Най-дълбокият етичен въпрос, свързан с CRISPR, е как бъдещите поколения могат да използват технологията за промяна на човешки ембриони. Тази идея беше просто мисловен експеримент до 2018 г., когато Хе Джианкуи, биофизик от Китай, редактира ген в човешки ембриони, за да им придаде устойчивост към H.I.V. Три от модифицираните ембриони бяха имплантирани на жени в китайския град Шънджън.

През 2019 г. съдът осъди д-р Хе на затвор за „незаконни медицински практики“. През април MIT Technology Review съобщи, че той наскоро е бил освободен. Малко се знае за здравето на трите деца, които сега са малки.

Учените не знаят за никой друг, който да е последвал примера на д-р Хе – все още. Но тъй като CRISPR продължава да се усъвършенства, редактирането на човешки ембриони в крайна сметка може да се превърне в безопасно и ефективно лечение на различни заболявания.

Дали ще стане нещо приемливо или дори рутинно да се поправят в лабораторни условия болестотворни гени в човешки ембриони? Ами ако родителите искат да вмъкнат характеристики, които смятат за по-желани – например такива, свързани с ръст, цвят на очите или интелигентност?

Франсоаз Бейлис, специалистка по биоетика в университета „Далхаузи“ в Нова Скотия, се опасява, че обществото все още не е готово да се справи с подобни въпроси.

„Скептична съм по отношение на задълбочеността на разбирането за това, което е в основата на проблема“, казва тя. „Има разлика между това да правиш хората по-добри и да правиш по-съвършени хора.“

Осъществяването на пробива

Д-р Дудна и д-р Шарпантие не са измислили своя метод за редактиране на гени от нулата. Те са заимствали молекулярните си инструменти от живота на бактериите.

През 80-те години на миналия век микробиолозите откриват в бактериите загадъчни участъци от ДНК, наречени по-късно „натрупвания от редовно разположени къси палиндромни повторения“ [Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats]. По-нататъшни изследвания разкриват, че бактериите използват тези CRISPR последователности като оръжия срещу нахлуващи вируси.

Бактериите превръщат тези последователности в генетичен материал, наречен РНК, който може да се придържа точно към къс участък от гените на нахлуващия вирус. Тези РНК молекули носят със себе си протеини, които действат като молекулярни ножици, разрязват вирусните гени и спират инфекцията.

Докато д-р Дудна и д-р Шарпантие изследват CRISPR, те осъзнават, че системата може да им позволи да изрязват последователности от ДНК по собствен избор. Всичко, което трябва да направят, е да създадат съответстващо парче РНК.

За да изпробват тази революционна идея, те създават партида от идентични парчета ДНК. След това създават друга партида молекули РНК, като ги програмират да се насочат към едно и също място в ДНК. Накрая смесват ДНК, РНК и молекулярните ножици в епруветки. И откриват, че много от молекулите на ДНК са прерязани на точното място.

В продължение на месеци д-р Дудна ръководи поредица от денонощни експерименти, за да провери дали CRISPR може да работи не само в епруветка, но и в живи клетки. Тя подтиква усилено екипа си, като подозира, че много други учени са се впуснали в преследване на същата идея. Скоро това предположение се оказва вярно.

През януари 2013 г. пет екипа от учени публикуват изследвания, в които успешно използват CRISPR в животински или човешки клетки. Д-р Дудна не печели тази надпревара; първите две публикувани статии са от две лаборатории в Кеймбридж, Масачузетс – едната в Института Броуд към М.И.Т., а другата в Харвард.

„Успя ли да го CRISPR-неш?“

Лукас Дау, биолог по ракови заболявания в Weill Cornell Medicine, си спомня много добре как е научил за потенциала на CRISPR. „Докато четях статиите всичко това ми изглеждаше невероятно“, спомня си той.

Д-р Дау и колегите му скоро установяват, че методът надеждно изрязва парчета ДНК в човешки ракови клетки.

„Това се превърна в глагол, който се използва“, казва д-р Дау. „Много хора вече казват: „Успя ли да го CRISPR-неш?“.

Раковите биолози започват систематично да променят всеки ген в раковите клетки, за да видят кои от тях имат значение за заболяването. Например изследователите от KSQ Therapeutics, също в Кеймбридж, използват CRISPR, за да открият ген, който е от съществено значение за растежа на някои тумори и миналата година са започнали клинично изпитване на лекарство, което блокира гена.

[Фирмите] Caribou Biosciences, съоснована от д-р Дудна, и CRISPR Therapeutics, съоснована от д-р Шарпентие, провеждат клинични изпитвания на CRISPR лечения, които се борят с рака по друг начин: чрез редактиране на имунните клетки, за да атакуват по-агресивно туморите.

Тези и няколко други компании също използват CRISPR, за да се опитат да коригират наследствени заболявания. На 12 юни изследователи от CRISPR Therapeutics и базираната в Бостън биотехнологична фирма Vertex представиха на научна среща нови резултати от клиничното си изпитване, включващо 75 доброволци със сърповидно-клетъчна анемия или бета-таласемия. Тези заболявания увреждат хемоглобина – протеин в червените кръвни клетки, който пренася кислород.

Изследователите се възползват от факта, че хората имат повече от един хемоглобинов ген. Едното копие, наречено фетален хемоглобин, обикновено е активно само при човешките зародиши и се изключва в рамките на няколко месеца след раждането.

Изследователите извличат незрели кръвни клетки от костния мозък на доброволците. След това те използват CRISPR, за да изрежат ключа, който обикновено изключва гена на феталния хемоглобин. Когато редактираните клетки са върнати обратно в телата на пациентите, те могат да се развият в червени кръвни клетки, богати на хемоглобин.

По време на конференция по хематология изследователите съобщават, че от 44 лекувани пациенти с бета-таласемия 42 вече не се нуждаят от редовни кръвопреливания. Нито един от 31 пациенти със сърповидно-клетъчни заболявания не е имал болезнени спадове на кислорода, които обикновено биха ги изпратили в болница.

CRISPR Therapeutics и Vertex очакват до края на годината да поискат от държавните регулаторни органи да одобрят лечението.

Други компании инжектират CRISPR-молекули директно в тялото. Intellia Therapeutics, базирана в Кеймбридж и също съоснована от д-р Дудна, се е обединила с Regeneron, базирана в окръг Уестчестър, Ню Йорк, за започване на клинично изпитване за лечение на транстиретинова амилоидоза – рядко заболяване, при което увреден чернодробен протеин става смъртоносен, тъй като се натрупва в кръвта.

Лекарите инжектират CRISPR-молекули в черния дроб на доброволците, за да изключат дефектния ген. По време на научна конференция миналия петък изследователите от Intellia съобщиха, че единична доза от лечението е довела до значителен спад в нивото на протеина в кръвта на доброволците за период от една година.

Същата технология, която позволява на изследователите в областта на медицината да манипулират човешки клетки, позволява на учените в областта на селското стопанство да променят гените на селскостопанските култури. Когато се появи първата вълна от проучвания на CRISPR, Катрин Фейл, експертка по пшеницата, която тогава е работела във Френския национален институт за селскостопански изследвания, веднага разпознава потенциала ѝ за собствената си работа.

„Казах си: „О, Боже мой, вече имаме инструмент“, казва тя. „Можем да поставим [растителната] селекция на стероиди.“

В Inari Agriculture, компания в Кеймбридж, д-р Фейл наблюдава усилията за използване на CRISPR за създаване на породи от соя и други култури, които използват по-малко вода и торове. Извън Съединените щати британски изследователи използват CRISPR, за да отгледат домат, който може да произвежда витамин D.

Кевин Пиксли, учен в Международния център за подобряване на царевицата и пшеницата в Мексико сити, заяви, че CRISPR е важен за селекцията на растенията не само защото е мощен, но и защото е сравнително евтин. Дори малки лаборатории могат да създадат устойчива на болести маниока или устойчиви на суша банани, които биха могли да бъдат от полза за бедните нации, но не биха заинтересували компаниите, които търсят големи финансови печалби.

Поради използването на CRISPR за толкова много различни индустрии, неговият патент е предмет на дългогодишен спор. Групи, ръководени от Broad Institute и Калифорнийския университет, са подали патенти за оригиналната версия на редактиране на гени, основана на CRISPR-Cas9 в живи клетки. Broad Institute спечели патента през 2014 г., а Калифорнийският университет отговори със съдебно оспорване.

През февруари тази година Патентният съвет на САЩ за съдебни и апелативни производства издаде това, което най-вероятно е последната дума по този спор. Те отсъдиха в полза на Института Броуд.

Джейкъб Шерков, експерт по биотехнологични патенти в Правния колеж на Илинойския университет, прогнозира, че компаниите, които са лицензирали технологията CRISPR от Калифорнийския университет, ще трябва да зачитат патента на Broad Institute.

„Големите CRISPR компании, тези, които са най-далеч в клиничните изпитания, почти сигурно ще трябва да напишат наистина голям чек на Broad Institute“, каза той.

Първичният CRISPR

Оригиналната система CRISPR, известна като CRISPR-Cas9, оставя много възможности за подобрение. Молекулите са добри в изрязването на ДНК, но не са толкова добри в поставянето на нови части на тяхно място. Понякога CRISPR-Cas9 пропуска целта си, като изрязва ДНК на грешното място. И дори когато молекулите изпълняват работата си правилно, клетките могат да допуснат грешки, когато поправят оставените свободни краища на ДНК.

Редица учени са изобретили нови версии на CRISPR, които преодоляват някои от тези недостатъци. В Харвард например д-р Лиу и колегите му са използвали CRISPR, за да направят прорез в една от двете нишки на ДНК, вместо да ги прекъснат изцяло. Този процес, известен като редактиране на бази, им позволява да променят прецизно една генетична буква от ДНК с много по-малък риск от генетично увреждане.

Д-р Лиу е съосновател на компания, наречена Beam Therapeutics, за създаване на лекарства за базово редактиране. По-късно тази година компанията ще тества първото си лекарство върху хора със сърповидно-клетъчна анемия.

Освен това д-р Лиу и колегите му са прикрепили молекули CRISPR към протеин, който вирусите използват, за да вмъкнат гените си в ДНК на гостоприемника. Този нов метод, наречен първично редактиране, може да позволи на CRISPR да променя по-дълги участъци от генетичния материал.

„Първичните редактори са нещо като текстови редактори на ДНК“, казва д-р Лиу. „Те всъщност изпълняват функция за търсене и замяна на ДНК.“

Родолф Барангу, експерт по CRISPR в Държавния университет на Северна Каролина и основател на Intellia Therapeutics, прогнозира, че в крайна сметка първичното редактиране ще стане част от стандартния инструментариум на CRISPR. Но засега, според него, техниката все още е твърде сложна, за да се използва широко. „Тя не е готова за премиерно време, игра на думи“, каза той.

Бебета с редактирани гени

Постижения като първичното редактиране все още не съществуват през 2018 г., когато д-р Хе се заема да редактира човешки ембриони в Шънджън, Хонг-Конг. Той използва стандартната система CRISPR-Cas9, която д-р Дудна и други са разработили преди години.

Д-р Хе се надява да надари бебетата с устойчивост към ХИВ, като изреже част от ген, наречен CCR5, от ДНК на ембрионите. Хората, които по естествен път носят същата мутация, рядко се заразяват с H.I.V.

През ноември 2018 г. д-р Хе обяви, че двойка близначки са се родили с редактирания от него ген. Съобщението изненада много учени като д-р Дудна и те остро го осъдиха за това, че е изложил на риск здравето на бебетата с непроверени процедури.

Д-р Бейлис от университета „Далхаузи“ критикува д-р Хе за начина, по който според съобщенията е представил процедурата на родителите, омаловажавайки радикалността на експеримента, който са били готови да предприемат. „Не бихте могли да получите информирано съгласие, освен ако не кажете: „Това е игра на лотария. Никой никога не го е правил“, казва тя.

В продължение на почти четири години след съобщението на д-р Хе учените продължават да използват CRISPR върху човешки ембриони. Но те са изучавали ембрионите само докато са малки струпвания от клетки, за да намерят улики за най-ранните етапи на развитие. Тези изследвания потенциално биха могли да доведат до нови методи за лечение на безплодието.

Бийке Бекерт, дипломантка по репродуктивна биология в университета в Гент, Белгия, заяви, че използването на CRISPR при човешки ембриони си остава предизвикателство. Разрушаването на ДНК в тези клетки може да доведе до драстични промени в хромозомите. „Това е по-трудно, отколкото си мислехме“, казва г-жа Бекаерт, водеща авторка на скорошен преглед по темата. „Всъщност не знаем какво се случва.“

Все пак Бийке Бекаерт изразява надежда, че първичното редактиране и други подобрения на CRISPR могат да позволят на учените да правят надеждно прецизни промени в човешките ембриони. „Пет години е все още твърде рано, но мисля, че през моя живот това може да се случи“, каза тя.

 

Изгледи

 

Pin It
Карл Зимър
Карл Зимър пише рубриката „Материя“ за вестник „Ню Йорк Таймс“. Автор е на четиринадесет книги, сред които е и „Краят на живота: в търсене на това какво означава да си жив“ (Life’s Edge: The Search For What It Means To Be Alive).

Посетители

108

support

Последните най...


Библиотека

Коментари

  • Борислав Дичев писа Още
    Златко, уважавам... преди 24 минути
  • почитател писа Още
    Така или иначе,... преди 3 дни
  • Пендо писа Още
    Златко, ти си прав.... преди 5 дни
  • Златко писа Още
    Да не се отплесваме,... преди 5 дни
  • Пендо писа Още
    Аз подържам другото... преди 5 дни
  • Златко писа Още
    За да разполага една... преди 5 дни
  • свободен човек писа Още
    Златко, пропускаш... преди 6 дни
  • Златко писа Още
    Какво мислите за... преди 6 дни
  • Теодора Петранова писа Още
    Добре е да пише/мисли... преди 6 дни
  • Златко писа Още
    Благодря! преди 6 дни
  • Милка Кралева писа Още
    Провалът в личния... преди 6 дни
  • Татяна Ангелова писа Още
    Истински... преди 6 дни
  • Вл. Трифонов писа Още
    Добре си се... преди 1 седмица
  • Иван Вакрилов писа Още
    Мисля, че има признаци... преди 1 седмица
  • Venera Dachkova писа Още
    Връщам се за втори път... преди 1 седмица
  • Златко писа Още
    Благодаря, позадрямал... преди 1 седмица
  • Format Z писа Още
    Nineteen-twenties са... преди 1 седмица
  • Бахтияр писа Още
    Силно въздействащо... преди 1 седмица
  • Пендо писа Още
    По книгата на Агата... преди 1 седмица
  • Пендо писа Още
    По интернета има... преди 1 седмица
  • Д-р Георги Карев писа Още
    Първо започвам,... преди 1 седмица
  • Пендо писа Още
    Прощавайте за дългата... преди 2 седмици
  • Серкан писа Още
    горчиво, болезнено,... преди 2 седмици
  • Надя писа Още
    Беше време, когато ме... преди 2 седмици
  • Pendo писа Още
    За евреите е писано... преди 2 седмици