Областта на медицинските науки се е развила експоненциално през годините. От напредъка в разработването на нови медицински лекарства до внедряването на нанотехнологии в устройствата за наблюдение на здравето, ние изминахме дълъг път като вид.
Един такъв напредък е способността да се разбират и променят физическите и физиологични характеристики на човешкото същество чрез промяна на неговия геном!
Статията предоставя на читателя въведение в областта на генетиката, разглежда човешкия геном и приложенията на генното редактиране и технологията CRISPR.
Човешкият геном
От биологична гледна точка, човешкото същество е сложна структура, която има редица характеристики. Тези характеристики, като височина, цвят на косата, цвят на очите, черти на лицето и така нататък, могат да бъдат определени с помощта на тяхната ДНК.
ДНК
Дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК) е материал, съставен от основните химични елементи (захар, фосфат и основи), които носят цялата информация за това как ще изглежда и функционира едно живо същество.
Биолозите и медицинските специалисти декодират могат да декодират информацията, уникална за всеки, като изучават модела на ДНК.
Гените
Генът е специфична част от ДНК, която кодира един протеин. Именно протеините, произведени от гените, вършат работата по изпълнението на функциите на ДНК.
Гените работят като наследствени единици и са отговорни за предаването на определени характеристики от родителите на тяхното потомство.
Общата сума от гените и генетичния материал на организма се нарича негов геном. Разбирането на човешкия геном позволи на учените да разработят нови начини за лечение, лечение или дори предотвратяване на хиляди болести, които засягат човечеството.
Тук идва ред на генното редактиране.
Редактиране на гени
Геномът или редактирането на гени са група от технологии, които позволяват на учените да променят ДНК на организма. Тези технологии правят възможно добавянето, премахването или промяната на генетичен материал на определени места в генома.
За разлика от други техники за генно инженерство, които произволно вмъкват генетичен материал в геномите на гостоприемника, тези техники са насочени към вмъкване на силно специфични места.
Как работи?
Редактирането на гени включва ензими. Ензимите са протеини, които позволяват или ускоряват химичните процеси. Конструираните ензими, използвани при редактиране на гени, се наричат нуклеаза и могат да режат ДНК.
Нуклеазите са създадени с друг химикал, който ги насочва към ДНК нишките, които трябва да отрежат. Тези отрязани ДНК вериги могат да се регенерират, но този път те се хранят с желаната информация, за да мутират в желаните ДНК вериги.
Новите нишки означават нови гени, а новите гени означават нови характеристики.
Учените използват редактиране на гени, за да изследват различни заболявания, които засягат хората.
Те редактират геномите на животни, като мишки и риби, и наблюдават как тези промени влияят на тяхното здраве. След това те използваха своите открития, за да предскажат как подобни промени в човешките геноми могат да повлияят на човешкото здраве.
Освен това учените разработват генна терапия. Тези лечения включват предотвратяване и лечение на заболявания при хора с помощта на генно редактиране.
Технология CRISPR
Огромен пробив в технологията за редактиране на гени е въвеждането на групирани редовно интерсперирани кратки палиндромни повторения (CRISPR).
CRISPR се основава на защитна система, която се среща естествено в някои бактерии. ДНК в такива бактерии съдържа много кратки палиндромни последователности (думи, които са еднакви както напред, така и назад, като RAAR).
Бактериите щяха да съхраняват частици от вирусите, с които се бориха, в тези палиндромни последователности.
Как работи?
Ензимът, използван в CRISPR, се нарича Cas9. Този ензим се прикрепя към заразената палиндромна последователност и разрязва ДНК на парчета, запазвайки информацията за вируса.
Въоръженият Cas протеин ще разпознае вирусната ДНК и ще я унищожи незабавно, в случай че бактерията бъде заразена отново от същия вирус.
Приложения на CRISPR
CRISPR се използва по различни начини, включително изследвания, здравеопазване, отглеждане на домашни любимци, производство на храни, зелено гориво и много други.
1. изследване
Системите CRISPR се прилагат в проучвания, свързани с облекчаване на генетични заболявания при животните и вероятно скоро ще бъдат използвани в клиниката за лечение на човешки заболявания на очите и кръвта.
Китай и Съединените щати одобриха две клинични проучвания, използващи CRISPR-Cas9 за насочени терапии на рак.
Освен биомедицинските приложения, тези инструменти сега се използват в проучвания за ускоряване на отглеждането на култури и добитък, разработване на нови антимикробни средства и контрол на насекоми, пренасящи болести, с генни задвижвания.
2. Здравеопазване
Учените са успели да разработят методи за унищожаване на устойчиви на антибиотици бактерии чрез модифициране на геномите на вируси, убиващи бактерии (бактериофаги) с технологията CRISPR-Cas9.
Тези системи също така позволяват създаването на животински модели за човешки заболявания и отстраняването на ХИВ от заразените клетки.
В миши модел на заболяване при хора, CRISPR коригира генетична грешка, което води до клиничното спасяване на болни мишки.
3. Развъждане на домашни любимци
CRISPR е приложен към ранни ембриони за създаване на генетично модифицирани организми и е инжектиран в лабораторни животни, за да се постигне значително редактиране на гени в техните тъкани.
Подходите, базирани на CRISPR, са използвани за модифициране на геномите на животни, включително мишки, плъхове и други примати, различни от човека. Тези подходи могат да бъдат използвани за повишаване на производителността, устойчивостта на болести и активиране на търсените черти/характеристики при домашни любимци.
Използвайки CRISPR, може дори да успеем да представим поколение нови животински модели.
4. Производство на храни
Технологията за редактиране на гени CRISPR може да подобри добивите и качеството на реколтата; устойчивост на суша, устойчивост на хербициди и инсектициди, повишавайки безопасността и сигурността на храните.
Освен това може да помогне за премахване на антибиотичната резистентност, да подобри срока на годност на продукта и да ускори процеса на опитомяване на растенията.
По-качествените растения означават по-качествен фураж за животните, като по този начин подобряват тяхното здраве. Тъй като растенията и животните са в основата на нашата хранителна верига, ние можем да имаме по-добро качество на храните и продуктите.
5. Зелено гориво
Зеленото гориво е гориво, което се произвежда от органични източници и е екологично чисто.
CRISPR направи възможно производството на двойно количество биодизел (форма на зелено гориво) от фототропни водорасли.
Това гориво се получава чрез удвояване на производството на липиди във водораслите, като се използва CRISPR за настройване на гените. Липидите са запалими и по същество съставляват биодизел.
Но етично ли е редактирането на гени?
Промяната на естествения ход на действие със сигурност ще предизвика етични проблеми. Промяната на човешката генетика с помощта на технологии за редактиране на гени, като CRISPR, не намери недвусмислена подкрепа. Това е така, защото промените, направени в гените на яйцеклетките и сперматозоидите, могат да бъдат предадени на бъдещите поколения.
Има огромен дебат дали тази технология трябва да се използва за подобряване на нормалните човешки черти (като интелигентност или височина).
При използването на тази технология възникват и опасения за безопасността, тъй като винаги има възможност за ефекти извън целта (редактиране на грешното място) и мозаицизъм (когато някои клетки носят редакцията, но други не).
Въз основа на опасения относно етиката и безопасността, редактирането на генома на репродуктивните клетки понастоящем е незаконно в много страни.
Заключение
Разбирането на човешкия геном ни позволи да революционизираме здравните технологии в наномащаб.
Редактиране на гени и технология CRISPR, които предоставиха революционни приложения по отношение на изкореняване на болести и дори коригиране на човешки несъвършенства.
Учените прогнозират, че тези технологии са ключът към създаването на поколение без болести от хомо сапиенс с перфектни характеристики.
Какви са вашите виждания за редактирането на гени? Уведомете ни в коментарите.
Оставете коментар