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Das Gebiet der medizinischen Wissenschaften hat sich im Laufe der Jahre exponentiell entwickelt. Von Fortschritten bei der Entwicklung neuer Medikamente bis hin zur Implementierung von Nanotechnologie in Gesundheitsüberwachungsgeräten haben wir als Spezies einen langen Weg zurückgelegt.
Einer dieser Fortschritte ist die Fähigkeit, die physischen und physiologischen Merkmale eines Menschen zu verstehen und zu verändern, indem man sein Genom verändert!
Der Artikel bietet dem Leser eine Einführung in das Gebiet der Genetik, geht auf das menschliche Genom und die Anwendungen der Gen-Editierung und der CRISPR-Technologie ein.
Das menschliche Genom
Biologisch gesehen ist der Mensch ein kompliziertes Gebilde mit einer Reihe von Merkmalen. Diese Merkmale wie Größe, Haarfarbe, Augenfarbe, Gesichtszüge usw. können anhand ihrer DNA bestimmt werden.
DNA
Desoxyribonukleinsäure (DNA) ist ein Material, das aus den grundlegenden chemischen Elementen (Zucker, Phosphat und Basen) besteht, die alle Informationen darüber enthalten, wie ein Lebewesen aussehen und funktionieren wird.
Biologen und Mediziner entschlüsseln können die Informationen entschlüsseln, die für jeden einzigartig sind, indem sie das Muster der DNA untersuchen.
Gene
Ein Gen ist ein bestimmter Teil der DNA, der für ein Protein kodiert. Es sind die Proteine, die von Genen produziert werden, die die Arbeit erledigen, die Funktionen der DNA auszuführen.
Die Gene wirken als Vererbungseinheiten und sind dafür verantwortlich, bestimmte Eigenschaften von den Eltern an ihre Nachkommen weiterzugeben.
Die Gesamtsumme der Gene und des genetischen Materials eines Organismus wird als Genom bezeichnet. Das Verständnis des menschlichen Genoms hat es Wissenschaftlern ermöglicht, neue Wege zur Behandlung, Heilung oder sogar Vorbeugung von Tausenden von Krankheiten zu entwickeln, von denen die Menschheit betroffen ist.
Hier kommt die Genbearbeitung ins Spiel.
Gene Editing
Genom oder Gen-Editierung sind eine Gruppe von Technologien, die es Wissenschaftlern ermöglichen, die DNA eines Organismus zu verändern. Diese Technologien ermöglichen es, genetisches Material an bestimmten Stellen im Genom hinzuzufügen, zu entfernen oder zu verändern.
Im Gegensatz zu anderen gentechnischen Techniken, die zufällig genetisches Material in Wirtsgenome einfügen, zielen diese Techniken auf Insertionen an hochspezifischen Stellen ab.
Wie funktioniert es?
Gene Editing beinhaltet Enzyme. Enzyme sind Proteine, die chemische Prozesse ermöglichen oder beschleunigen. Die gentechnisch veränderten Enzyme, die bei der Genbearbeitung verwendet werden, werden Nuklease genannt und können DNA schneiden.
Nukleasen werden mit einer anderen Chemikalie hergestellt, die sie zu den DNA-Strängen führt, die sie schneiden müssen. Diese geschnittenen DNA-Stränge können sich regenerieren, aber dieses Mal werden sie mit der gewünschten Information gefüttert, um in die gewünschten DNA-Stränge zu mutieren.
Neue Stränge bedeuten neue Gene und neue Gene bedeuten neue Eigenschaften.
Wissenschaftler verwenden die Genbearbeitung, um verschiedene Krankheiten zu untersuchen, die den Menschen betreffen.
Sie bearbeiten die Genome von Tieren wie Mäusen und Fischen und beobachten, wie sich diese Veränderungen auf ihre Gesundheit auswirken. Anschließend nutzten sie ihre Ergebnisse, um vorherzusagen, wie sich ähnliche Veränderungen im menschlichen Genom auf die menschliche Gesundheit auswirken könnten.
Darüber hinaus entwickeln Wissenschaftler eine Gentherapie. Diese Behandlungen umfassen die Vorbeugung und Behandlung von Krankheiten beim Menschen durch Genbearbeitung.
CRISPR-Technologie
Ein großer Durchbruch in der Gen-Editing-Technologie ist die Einführung von Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats (CRISPR).
CRISPR basiert auf einem Abwehrsystem, das natürlicherweise in einigen Bakterien vorkommt. Die DNA in solchen Bakterien enthält viele kurze palindromische Sequenzen (Wörter, die sowohl vorwärts als auch rückwärts gleich sind, wie z. B. RAAR).
Die Bakterien würden Teile der Viren, die sie bekämpft haben, in diesen palindromischen Sequenzen speichern.
Wie funktioniert es?
Das in CRISPR verwendete Enzym heißt Cas9. Dieses Enzym heftet sich an die infizierte palindromische Sequenz und schneidet die DNA in Stücke, wobei Informationen über das Virus erhalten bleiben.
Das bewaffnete Cas-Protein würde die virale DNA erkennen und sofort zerstören, falls das Bakterium erneut mit demselben Virus infiziert würde.
Anwendungen von CRISPR
CRISPR wurde auf vielfältige Weise eingesetzt, darunter Forschung, Gesundheitswesen, Haustierzucht, Lebensmittelproduktion, grüner Kraftstoff und vieles mehr.
1. Forschung
CRISPR-Systeme werden in Studien zur Linderung genetischer Störungen bei Tieren eingesetzt und werden wahrscheinlich bald in der Klinik zur Behandlung von Augen- und Blutkrankheiten beim Menschen eingesetzt.
China und die Vereinigten Staaten haben zwei klinische Studien mit CRISPR-Cas9 für gezielte Krebstherapien genehmigt.
Über biomedizinische Anwendungen hinaus werden diese Werkzeuge jetzt in Studien eingesetzt, um die Pflanzen- und Viehzucht zu beschleunigen, neue antimikrobielle Mittel zu entwickeln und krankheitsübertragende Insekten mit Gene Drives zu kontrollieren.
2. Gesundheitspflege
Wissenschaftlern ist es gelungen, Methoden zur Zerstörung antibiotikaresistenter Bakterien zu entwickeln, indem sie die Genome von bakterientötenden Viren (Bakteriophagen) mit der CRISPR-Cas9-Technologie verändern.
Diese Systeme ermöglichen auch die Erstellung von Tiermodellen für menschliche Krankheiten und die Entfernung von HIV aus infizierten Zellen.
In einem Mausmodell menschlicher Krankheiten korrigierte CRISPR einen genetischen Fehler, was zur klinischen Rettung erkrankter Mäuse führte.
3. Haustierzucht
CRISPR wurde auf frühe Embryonen angewendet, um gentechnisch veränderte Organismen zu schaffen, und wurde Labortieren injiziert, um eine erhebliche Genbearbeitung in ihren Geweben zu erreichen.
Auf CRISPR basierende Ansätze wurden verwendet, um die Genome von Tieren, einschließlich Mäusen, Ratten und anderen nichtmenschlichen Primaten, zu modifizieren. Diese Ansätze könnten eingesetzt werden, um die Produktivität und Krankheitsresistenz zu verbessern und gesuchte Eigenschaften/Merkmale bei Haustieren zu aktivieren.
Mit CRISPR können wir vielleicht sogar eine Generation neuartiger Tiermodelle einführen.
4. Lebensmittelproduktion
Die CRISPR-Geneditierungstechnologie kann Ernteerträge und -qualität verbessern; Resistenz gegen Pflanzendürre, Herbizide und Insektizide, Erhöhung der Lebensmittelsicherheit.
Es kann auch dazu beitragen, Antibiotikaresistenzen zu beseitigen, die Haltbarkeit von Produkten zu verbessern und den Prozess der Pflanzendomestikation zu beschleunigen.
Eine bessere Pflanzenqualität bedeutet eine bessere Futterqualität für die Tiere und fördert so ihre Gesundheit. Da Pflanzen und Tiere die Grundlage unserer Nahrungskette bilden, können wir eine bessere Lebensmittelqualität und Produkte haben.
5. Grüner Kraftstoff
Grüner Kraftstoff ist Kraftstoff, der aus organischen Quellen hergestellt wird und umweltfreundlich ist.
CRISPR hat es ermöglicht, aus phototropen Algen die doppelte Menge Biodiesel (eine Form von grünem Kraftstoff) herzustellen.
Dieser Kraftstoff wird durch die Verdopplung der Lipidproduktion in Algen gewonnen, wobei CRISPR verwendet wird, um Gene zu optimieren. Lipide sind brennbar und bilden im Wesentlichen Biodiesel.
Aber ist die Genbearbeitung ethisch vertretbar?
Die Änderung der natürlichen Vorgehensweise wird sicherlich ethische Bedenken hervorrufen. Die Veränderung der Humangenetik durch Gen-Editing-Technologien wie CRISPR hat keine eindeutige Unterstützung gefunden. Denn Veränderungen in den Genen von Ei- und Samenzellen könnten an künftige Generationen weitergegeben werden.
Es gibt eine große Debatte darüber, ob diese Technologie verwendet werden sollte, um normale menschliche Eigenschaften (wie Intelligenz oder Größe) zu verbessern.
Bei der Verwendung dieser Technologie treten auch Sicherheitsbedenken auf, da immer die Möglichkeit besteht, dass es zu Off-Target-Effekten (Bearbeitungen an der falschen Stelle) und Mosaiken (wenn einige Zellen die Bearbeitung tragen, andere jedoch nicht) kommt.
Aufgrund von ethischen und Sicherheitsbedenken ist die Genom-Editierung von Fortpflanzungszellen derzeit in vielen Ländern illegal.
Zusammenfassung
Das Verständnis des menschlichen Genoms hat es uns ermöglicht, die Gesundheitstechnologie im Nanomaßstab zu revolutionieren.
Gene Editing und CRISPR-Technologie, die bahnbrechende Anwendungen in Bezug auf die Ausrottung von Krankheiten und sogar die Korrektur menschlicher Unvollkommenheiten ermöglicht haben.
Wissenschaftler sagen voraus, dass diese Technologien der Schlüssel zur Schaffung einer krankheitsfreien Generation von Homo Sapiens mit perfekten Eigenschaften sind.
Was halten Sie von Gen-Editing? Lass es uns in den Kommentaren wissen.
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