Oblast medicinskih nauka eksponencijalno se razvijala tokom godina. Od napretka u razvoju novih medicinskih lijekova do implementacije nanotehnologije u uređaje za praćenje zdravlja, prešli smo dug put kao vrsta.
Jedan takav napredak je sposobnost razumijevanja i promjene fizičkih i fizioloških karakteristika ljudskog bića promjenom njegovog genoma!
Članak pruža čitaocu uvod u polje genetike, prelazi preko ljudskog genoma i primjene uređivanja gena i CRISPR tehnologije.
Ljudski genom
Biološki gledano, ljudsko biće je složena struktura koja ima niz karakteristika. Ove karakteristike, kao što su visina, boja kose, boja očiju, crte lica i tako dalje, mogu se odrediti pomoću njihove DNK.
DNK
Deoksiribonukleinska kiselina (DNK) je materijal sastavljen od osnovnih kemijskih elemenata (šećera, fosfata i baza) koji nose sve informacije o tome kako će živo biće izgledati i funkcionirati.
Biolozi i medicinski stručnjaci mogu dekodirati informacije, jedinstvene za svakoga, proučavanjem uzorka DNK.
geni
Gen je specifičan dio DNK koji kodira jedan protein. Proteini koje proizvode geni obavljaju funkcije DNK.
Geni djeluju kao jedinice nasljeđa i odgovorni su za prenošenje određenih karakteristika s roditelja na potomstvo.
Ukupan zbir gena i genetskog materijala organizma naziva se njegov genom. Razumijevanje ljudskog genoma omogućilo je naučnicima da razviju nove načine za liječenje, liječenje ili čak prevenciju hiljada bolesti koje pogađaju čovječanstvo.
Ovdje dolazi do uređivanja gena.
Gene Editing
Genom ili uređivanje gena su grupa tehnologija koje omogućavaju naučnicima da mijenjaju DNK organizma. Ove tehnologije omogućavaju dodavanje, uklanjanje ili izmjenu genetskog materijala na određenim lokacijama u genomu.
Za razliku od drugih tehnika genetskog inženjeringa koje nasumično ubacuju genetski materijal u genome domaćina, ove tehnike ciljaju umetanje na vrlo specifične lokacije.
Kako funkcioniše?
Uređivanje gena uključuje enzime. Enzimi su proteini koji omogućavaju ili ubrzavaju hemijske procese. Konstruisani enzimi koji se koriste u uređivanju gena zovu se nukleaze i mogu rezati DNK.
Nukleaze su konstruisane sa drugom hemikalijom koja ih vodi do lanaca DNK koje moraju da preseku. Ovi izrezani lanci DNK mogu se regenerirati, ali ovaj put se napajaju željenim informacijama kako bi mutirali u željene lance DNK.
Novi lanci znače nove gene, a novi geni nove karakteristike.
Naučnici koriste uređivanje gena kako bi istražili različite bolesti koje pogađaju ljude.
Oni uređuju genome životinja, poput miševa i riba, i promatraju kako te promjene utječu na njihovo zdravlje. Zatim su koristili svoja otkrića kako bi predvidjeli kako bi slične promjene u ljudskim genomima mogle utjecati na ljudsko zdravlje.
Nadalje, naučnici razvijaju gensku terapiju. Ovi tretmani uključuju prevenciju i liječenje bolesti kod ljudi pomoću uređivanja gena.
CRISPR tehnologija
Ogroman napredak u tehnologiji za uređivanje gena je uvođenje grupisanih redovno interspersednih kratkih palindromskih ponavljanja (CRISPR).
CRISPR se zasniva na odbrambenom sistemu koji se prirodno javlja u nekim bakterijama. DNK u takvim bakterijama sadrži mnogo kratkih palindromskih sekvenci (reči koje su iste i napred i nazad, kao što je RAAR).
Bakterije bi pohranjivale dijelove virusa protiv kojih su se borile unutar ovih palindromskih sekvenci.
Kako funkcioniše?
Enzim koji se koristi u CRISPR-u naziva se Cas9. Ovaj enzim se veže za zaraženu palindromsku sekvencu i siječe DNK na komade, zadržavajući informacije o virusu.
Naoružani Cas protein bi prepoznao virusnu DNK i odmah je uništio u slučaju da se bakterija ponovo zarazi istim virusom.
Primjena CRISPR-a
CRISPR se koristi na razne načine uključujući istraživanje, zdravstvenu zaštitu, uzgoj kućnih ljubimaca, proizvodnju hrane, zeleno gorivo i još mnogo toga.
1. Istraživanje
CRISPR sistemi se implementiraju u studijama vezanim za ublažavanje genetskih poremećaja kod životinja i vjerovatno će uskoro biti korišćeni u klinici za liječenje ljudskih bolesti oka i krvi.
Kina i Sjedinjene Države odobrile su dva klinička ispitivanja koja koriste CRISPR-Cas9 za ciljane terapije raka.
Osim biomedicinskih primjena, ovi alati se sada koriste u studijama za ubrzavanje uzgoja usjeva i stoke, stvaranje novih antimikrobnih sredstava i kontrolu insekata koji prenose bolesti pomoću genskih pokretača.
2. Zdravstvo
Naučnici su uspjeli razviti metode za uništavanje bakterija otpornih na antibiotike modificiranjem genoma virusa koji ubijaju bakterije (bakteriofaga) pomoću tehnologije CRISPR-Cas9.
Ovi sistemi takođe omogućavaju stvaranje životinjskih modela za ljudske bolesti i uklanjanje HIV-a iz inficiranih ćelija.
U mišjem modelu ljudske bolesti, CRISPR je ispravio genetsku grešku, što je rezultiralo kliničkim spašavanjem oboljelih miševa.
3. Uzgoj kućnih ljubimaca
CRISPR je primijenjen na rane embrije kako bi se stvorili genetski modificirani organizmi, a ubrizgan je u laboratorijske životinje kako bi se postiglo značajno uređivanje gena u njihovim tkivima.
Pristupi zasnovani na CRISPR-u korišteni su za modificiranje genoma životinja uključujući miševe, pacove i druge primate koji nisu ljudi. Ovi pristupi bi se mogli koristiti za povećanje produktivnosti, otpornosti na bolesti i aktiviranje traženih osobina/obilježja kod kućnih ljubimaca.
Koristeći CRISPR, možda ćemo čak moći predstaviti generaciju novih životinjskih modela.
4. Proizvodnja hrane
CRISPR tehnologija za uređivanje gena može poboljšati prinose i kvalitetu; otpornost biljaka na sušu, otpornost na herbicide i insekticide, povećavajući sigurnost i sigurnost hrane.
Također može pomoći u uklanjanju otpornosti na antibiotike, poboljšati rok trajanja proizvoda i ubrzati proces pripitomljavanja biljaka.
Kvalitetnije biljke znače kvalitetniju stočnu hranu za životinje, čime se poboljšava njihovo zdravlje. Budući da biljke i životinje čine osnovu našeg lanca ishrane, možemo imati bolji kvalitet hrane i proizvoda.
5. Zeleno gorivo
Zeleno gorivo je gorivo koje se proizvodi iz organskih izvora i ekološki je prihvatljivo.
CRISPR je omogućio proizvodnju dvostruko veće količine biodizela (forma zelenog goriva) iz fototropnih algi.
Ovo gorivo se dobija udvostručavanjem proizvodnje lipida u algama, koristeći CRISPR za podešavanje gena. Lipidi su zapaljivi i u suštini čine biodizel.
Ali da li je uređivanje gena etično?
Promjena prirodnog toka djelovanja sigurno će izazvati etičke brige. Izmjena ljudske genetike korištenjem tehnologija za uređivanje gena, kao što je CRISPR, nije naišla na jednoznačnu podršku. To je zato što se promjene napravljene u genima jajne ćelije i spermatozoida mogu prenijeti na buduće generacije.
Postoji ogromna debata o tome da li ovu tehnologiju treba koristiti za poboljšanje normalnih ljudskih osobina (kao što su inteligencija ili visina).
Zabrinutost u pogledu sigurnosti također se javlja prilikom korištenja ove tehnologije jer uvijek postoji mogućnost efekata izvan cilja (uređivanja na pogrešnom mjestu) i mozaicizma (kada neke ćelije nose uređivanje, a druge ne).
Na osnovu zabrinutosti oko etike i sigurnosti, uređivanje genoma reproduktivnih ćelija trenutno je ilegalno u mnogim zemljama.
zaključak
Razumijevanje ljudskog genoma nam je omogućilo da revolucioniramo zdravstvenu tehnologiju na nanoskali.
Uređivanje gena i CRISPR tehnologija koje su pružile revolucionarne primjene u smislu iskorenjivanja bolesti, pa čak i ispravljanja ljudskih nesavršenosti.
Naučnici predviđaju da su ove tehnologije ključ za stvaranje generacije homo sapiensa bez bolesti sa savršenim karakteristikama.
Kakvi su vaši stavovi o uređivanju gena? Javite nam u komentarima.
Ostavite odgovor