Поле медыцынскіх навук на працягу многіх гадоў развівалася ў геаметрычнай прагрэсіі. Ад дасягненняў у распрацоўцы новых медыцынскіх прэпаратаў да ўкаранення нанатэхналогій у прыладах кантролю здароўя мы прайшлі доўгі шлях як від.
Адным з такіх дасягненняў з'яўляецца здольнасць разумець і змяняць фізічныя і фізіялагічныя характарыстыкі чалавека, змяняючы яго геном!
Артыкул дае чытачу ўвядзенне ў вобласць генетыкі, разглядае геном чалавека і прымяненне рэдагавання генаў і тэхналогіі CRISPR.
Геном чалавека
Біялагічна кажучы, чалавек - гэта складаная структура, якая мае шэраг характарыстык. Такія характарыстыкі, як рост, колер валасоў, вачэй, рысы твару і гэтак далей, можна вызначыць па іх ДНК.
ДНК
Дэзаксірыбануклеінавая кіслата (ДНК) - гэта матэрыял, які складаецца з асноўных хімічных элементаў (цукар, фасфат і асновы), якія нясуць усю інфармацыю аб тым, як жывая істота будзе выглядаць і функцыянаваць.
Біёлагі і медыцынскія спецыялісты па дэкадаванні могуць расшыфраваць унікальную для кожнага інфармацыю, вывучаючы структуру ДНК.
Гены
Ген - гэта пэўная частка ДНК, якая кадуе адзін бялок. Менавіта вавёркі, якія выпрацоўваюцца генамі, выконваюць функцыі ДНК.
Гены працуюць як адзінкі спадчыннасці і адказваюць за перадачу пэўных характарыстык ад бацькоў іх нашчадкам.
Агульная сума генаў і генетычнага матэрыялу арганізма называецца яго геномам. Разуменне геному чалавека дазволіла навукоўцам распрацаваць новыя спосабы лячэння, лячэння і нават прафілактыкі тысяч хвароб, ад якіх пакутуе чалавецтва.
Вось тут і ўзнікае рэдагаванне генаў.
Рэдагаванне генаў
Рэдагаванне геному або гена - гэта група тэхналогій, якія дазваляюць навукоўцам змяняць ДНК арганізма. Гэтыя тэхналогіі дазваляюць дадаваць, выдаляць або змяняць генетычны матэрыял у пэўных месцах геному.
У адрозненне ад іншых метадаў геннай інжынерыі, якія выпадковым чынам устаўляюць генетычны матэрыял у геном гаспадара, гэтыя метады накіраваны на ўстаўкі ў вельмі спецыфічных месцах.
Як гэта працуе?
Рэдагаванне генаў уключае ферменты. Ферменты - гэта вавёркі, якія дазваляюць або паскараюць хімічныя працэсы. Сканструяваныя ферменты, якія выкарыстоўваюцца для рэдагавання генаў, называюцца нуклеазамі, і яны могуць разразаць ДНК.
Нуклеазы распрацаваны з іншым хімічным рэчывам, якое накіроўвае іх да ланцугоў ДНК, якія яны павінны разрэзаць. Гэтыя абрэзаныя ланцугі ДНК могуць аднаўляцца, але на гэты раз яны атрымліваюць патрэбную інфармацыю для мутацыі ў патрэбныя ланцугі ДНК.
Новыя ніткі азначаюць новыя гены, а новыя гены азначаюць новыя характарыстыкі.
Навукоўцы выкарыстоўваюць рэдагаванне генаў, каб даследаваць розныя захворванні, якія дзівяць людзей.
Яны рэдагуюць геномы жывёл, такіх як мышы і рыбы, і назіраюць, як гэтыя змены ўплываюць на іх здароўе. Затым яны выкарыстоўвалі свае высновы, каб прадказаць, як падобныя змены ў геномах чалавека могуць паўплываць на здароўе чалавека.
Акрамя таго, навукоўцы распрацоўваюць генную тэрапію. Гэтыя метады лячэння ўключаюць прафілактыку і лячэнне захворванняў у людзей з дапамогай рэдагавання генаў.
Тэхналогія CRISPR
Вялікім прарывам у тэхналогіі рэдагавання генаў з'яўляецца ўвядзенне Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats (CRISPR).
CRISPR заснаваны на абарончай сістэме, якая натуральна сустракаецца ў некаторых бактэрыях. ДНК у такіх бактэрыях змяшчае шмат кароткіх паліндромных паслядоўнасцей (словы, якія аднолькавыя як наперад, так і назад, напрыклад, RAAR).
Бактэрыі будуць захоўваць фрагменты вірусаў, з якімі яны змагаліся, у гэтых паліндромных паслядоўнасцях.
Як гэта працуе?
Фермент, які выкарыстоўваецца ў CRISPR, называецца Cas9. Гэты фермент прымацоўваецца да заражанай паліндромнай паслядоўнасці і разразае ДНК на часткі, захоўваючы інфармацыю пра вірус.
Узброены бялок Cas распазнае вірусную ДНК і неадкладна знішчыць яе ў выпадку, калі бактэрыя зноў будзе заражаная тым жа вірусам.
Прыкладанні CRISPR
CRISPR выкарыстоўваўся рознымі спосабамі, уключаючы даследаванні, ахову здароўя, развядзенне хатніх жывёл, вытворчасць прадуктаў харчавання, экалагічна чыстае паліва і многае іншае.
1. Даследаванні
Сістэмы CRISPR укараняюцца ў даследаванні, звязаныя з палягчэннем генетычных парушэнняў у жывёл, і, верагодна, неўзабаве будуць выкарыстоўвацца ў клініках для лячэння хвароб вачэй і крыві ў чалавека.
Кітай і ЗША ўхвалілі два клінічныя выпрабаванні з выкарыстаннем CRISPR-Cas9 для таргетнай тэрапіі рака.
Акрамя біямедыцынскага прымянення, гэтыя інструменты цяпер выкарыстоўваюцца ў даследаваннях па паскарэнні селекцыі сельскагаспадарчых культур і жывёлы, распрацоўцы новых антымікробных прэпаратаў і барацьбе з казуркамі-пераносчыкамі хвароб з дапамогай генных драйвераў.
2. Ахова здароўя
Навукоўцы змаглі распрацаваць метады знішчэння ўстойлівых да антыбіётыкаў бактэрый шляхам мадыфікацыі геномаў вірусаў, якія знішчаюць бактэрыі (бактэрыяфагаў), з дапамогай тэхналогіі CRISPR-Cas9.
Гэтыя сістэмы таксама дазваляюць ствараць жывёльныя мадэлі хвароб чалавека і выдаляць ВІЧ з заражаных клетак.
У мышынай мадэлі захворвання чалавека CRISPR выправіў генетычную памылку, што прывяло да клінічнага выратавання хворых мышэй.
3. Развядзенне хатніх жывёл
CRISPR прымяняўся да ранніх эмбрыёнаў для стварэння генетычна мадыфікаваных арганізмаў і ўводзіўся лабараторным жывёлам для істотнага рэдагавання генаў у іх тканінах.
Падыходы, заснаваныя на CRISPR, выкарыстоўваліся для мадыфікацыі геномаў жывёл, у тым ліку мышэй, пацукоў і іншых нечалавечых прыматаў. Гэтыя падыходы могуць быць выкарыстаны для павышэння прадукцыйнасці, устойлівасці да хвароб і актывацыі шуканых рыс/асаблівасцей у хатніх жывёл.
Выкарыстоўваючы CRISPR, мы можам нават прадставіць пакаленне новых мадэляў жывёл.
4. Вытворчасць прадуктаў харчавання
Тэхналогія рэдагавання генаў CRISPR можа палепшыць ураджайнасць і якасць сельскагаспадарчых культур; засухаўстойлівасць раслін, устойлівасць да гербіцыдаў і інсектыцыдаў, павышэнне бяспекі і бяспекі харчовых прадуктаў.
Гэта таксама можа дапамагчы пазбавіцца ад устойлівасці да антыбіётыкаў, палепшыць тэрмін захоўвання прадуктаў і паскорыць працэс прыручэння раслін.
Больш якасныя расліны - гэта больш якасны корм для жывёл, тым самым умацоўваючы іх здароўе. Паколькі расліны і жывёлы складаюць аснову нашага харчовага ланцуга, мы можам атрымліваць лепшую якасць ежы і прадуктаў.
5. Зялёнае паліва
Зялёнае паліва - гэта паліва, якое вырабляецца з арганічных крыніц і з'яўляецца экалагічна чыстым.
CRISPR дазволіў вырабляць падвойную колькасць біядызельнага паліва (разнавіднасць зялёнага паліва) з фотатропных водарасцяў.
Гэта паліва атрымліваецца шляхам падваення вытворчасці ліпідаў у водарасцях з выкарыстаннем CRISPR для налады генаў. Ліпіды гаручыя і, па сутнасці, складаюць біядызель.
Але ці этычна рэдагаванне генаў?
Змена натуральнага курсу дзеянняў абавязкова выкліча этычныя праблемы. Змяненне генетыкі чалавека з дапамогай тэхналогій рэдагавання генаў, такіх як CRISPR, не знайшло адназначнай падтрымкі. Гэта звязана з тым, што змены, зробленыя ў генах яйкаклетак і спермы, могуць перадавацца будучым пакаленням.
Вядуцца велізарныя спрэчкі наконт таго, ці варта выкарыстоўваць гэтую тэхналогію для паляпшэння нармальных рыс чалавека (напрыклад, інтэлекту або росту).
Пры выкарыстанні гэтай тэхналогіі таксама ўзнікаюць праблемы з бяспекай, паколькі заўсёды існуе магчымасць узнікнення непажаданых эфектаў (рэдагавання ў неналежным месцы) і мазаічнасці (калі адны ячэйкі змяняюць праўкі, а іншыя не).
Зыходзячы з праблем этыкі і бяспекі, рэдагаванне геному рэпрадуктыўных клетак у цяперашні час з'яўляецца незаконным у многіх краінах.
заключэнне
Разуменне геному чалавека дазволіла нам здзейсніць рэвалюцыю ў тэхналогіях аховы здароўя ў нанамаштабе.
Тэхналогія рэдагавання генаў і CRISPR забяспечыла наватарскія прымянення ў плане выкаранення хвароб і нават выпраўлення недахопаў чалавека.
Навукоўцы прагназуюць, што гэтыя тэхналогіі з'яўляюцца ключом да стварэння свабоднага ад хвароб пакалення гома сапіенс з ідэальнымі характарыстыкамі.
Якія вашы погляды на рэдагаванне генаў? Дайце нам ведаць у каментарах.
Пакінуць каментар