Sisällysluettelo[Piilottaa][Näytä]
Lääketieteen ala on kehittynyt eksponentiaalisesti vuosien varrella. Olemme kulkeneet pitkän tien lajina uusien lääkinnällisten lääkkeiden kehittämisen edistymisestä nanoteknologian käyttöönottoon terveyden seurantalaitteissa.
Yksi tällainen edistysaskel on kyky ymmärtää ja muuttaa ihmisen fyysisiä ja fysiologisia ominaisuuksia muuttamalla sen genomia!
Artikkeli tarjoaa lukijalle johdannon genetiikan alaan, käy läpi ihmisen genomin sekä geenieditoinnin ja CRISPR-teknologian sovelluksia.
Ihmisen genomi
Biologisesti sanottuna ihminen on monimutkainen rakenne, jolla on useita ominaisuuksia. Nämä ominaisuudet, kuten pituus, hiusten väri, silmien väri, kasvojen piirteet ja niin edelleen, voidaan määrittää käyttämällä niiden DNA:ta.
DNA
Deoksiribonukleiinihappo (DNA) on materiaali, joka koostuu kemiallisista peruselementeistä (sokeri, fosfaatti ja emäkset), jotka kuljettavat kaiken tiedon siitä, miltä elävä olento näyttää ja toimii.
Biologit ja lääketieteen ammattilaiset dekoodaavat voivat purkaa kaikille ainutlaatuisen tiedon tutkimalla DNA:n mallia.
Geenit
Geeni on DNA:n tietty osa, joka koodaa yhtä proteiinia. Geenien tuottamat proteiinit suorittavat DNA:n toiminnot.
Geenit toimivat perinnöllisyysyksiköinä ja ovat vastuussa tiettyjen ominaisuuksien siirtämisestä vanhemmilta jälkeläisilleen.
Organismin geenien ja geneettisen materiaalin kokonaissummaa kutsutaan sen genomiksi. Ihmisen genomin ymmärtäminen on antanut tutkijoille mahdollisuuden kehittää uusia tapoja hoitaa, parantaa tai jopa ehkäistä tuhansia ihmiskuntaa vaivaavia sairauksia.
Tässä tulee esiin geenien muokkaaminen.
Geenimuokkaus
Genomi tai geenien muokkaus ovat joukko teknologioita, joiden avulla tutkijat voivat muuttaa organismin DNA:ta. Nämä tekniikat mahdollistavat geneettisen materiaalin lisäämisen, poistamisen tai muuttamisen tietyissä genomin kohdissa.
Toisin kuin muut geenitekniikan tekniikat, jotka lisäävät geneettistä materiaalia satunnaisesti isäntägenomeihin, nämä tekniikat kohdistuvat insertioihin erittäin spesifisiin paikkoihin.
Miten tämä toimii?
Geenien muokkaamiseen liittyy entsyymejä. Entsyymit ovat proteiineja, jotka mahdollistavat tai nopeuttavat kemiallisia prosesseja. Geenien editoinnissa käytettyjä entsyymejä kutsutaan nukleaasiksi ja ne voivat leikata DNA:ta.
Nukleaasit on muokattu toisella kemikaalilla, joka ohjaa ne DNA-säikeille, jotka heidän on leikattava. Nämä leikatut DNA-säikeet voivat uusiutua, mutta tällä kertaa niille syötetään haluttu tieto mutatoituakseen halutuiksi DNA-säikeiksi.
Uudet säikeet tarkoittavat uusia geenejä ja uudet geenit uusia ominaisuuksia.
Tiedemiehet käyttävät geenimuokkauksia tutkiakseen erilaisia ihmisiin vaikuttavia sairauksia.
He muokkaavat eläinten, kuten hiirten ja kalojen, genomeja ja tarkkailevat, kuinka nämä muutokset vaikuttavat heidän terveyteensä. Sitten he käyttivät tuloksiaan ennustaakseen, kuinka samanlaiset muutokset ihmisen genomissa voivat vaikuttaa ihmisten terveyteen.
Lisäksi tutkijat kehittävät geeniterapiaa. Nämä hoidot sisältävät ihmisten sairauksien ennaltaehkäisyn ja hoidon geenimuokkauksen avulla.
CRISPR-tekniikka
Valtava läpimurto geenien muokkausteknologiassa on CRISPR (Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats) -tekniikan käyttöönotto.
CRISPR perustuu puolustusjärjestelmään, jota esiintyy luonnostaan joissakin bakteereissa. Tällaisten bakteerien DNA sisältää monia lyhyitä palindromisia sekvenssejä (sanoja, jotka ovat samat sekä eteenpäin että taaksepäin, kuten RAAR).
Bakteerit varastoivat näiden palindromisten sekvenssien sisälle palasia viruksia, joita ne taistelivat.
Miten tämä toimii?
CRISPR:ssä käytetty entsyymi on nimeltään Cas9. Tämä entsyymi kiinnittyy tartunnan saaneeseen palindromisekvenssiin ja leikkaa DNA:n paloiksi säilyttäen tiedot viruksesta.
Aseistettu Cas-proteiini tunnistaisi viruksen DNA:n ja tuhoaisi sen välittömästi, jos bakteeri tarttuu uudelleen samalla viruksella.
CRISPR:n sovellukset
CRISPR:ää on käytetty monilla tavoilla, mukaan lukien tutkimus, terveydenhuolto, lemmikkieläinten jalostus, ruoantuotanto, vihreä polttoaine ja paljon muuta.
1. tutkimus
CRISPR-järjestelmiä otetaan käyttöön tutkimuksissa, jotka liittyvät geneettisten sairauksien lievittämiseen eläimillä, ja niitä tullaan todennäköisesti pian käyttämään klinikalla ihmisten silmä- ja verisairauksien hoitoon.
Kiina ja Yhdysvallat ovat hyväksyneet kaksi kliinistä tutkimusta, joissa käytetään CRISPR-Cas9:ää kohdennettuihin syöpähoitoihin.
Biolääketieteellisten sovellusten lisäksi näitä työkaluja käytetään nyt tutkimuksissa viljelykasvien ja karjanjalostuksen nopeuttamiseksi, uusien mikrobilääkkeiden suunnittelussa ja tauteja kantavien hyönteisten torjunnassa geeniajoilla.
2. Terveydenhuolto
Tiedemiehet ovat pystyneet kehittämään menetelmiä antibiooteille vastustuskykyisten bakteerien tuhoamiseksi modifioimalla bakteereja tappavien virusten (bakteriofagien) genomeja CRISPR-Cas9-tekniikalla.
Nämä järjestelmät mahdollistavat myös eläinmallien luomisen ihmisten sairauksiin ja HIV:n poistamisen infektoituneista soluista.
Ihmisen sairauden hiirimallissa CRISPR korjasi geneettisen virheen, mikä johti sairaiden hiirten kliiniseen pelastukseen.
3. Lemmikkieläinten kasvatus
CRISPR:ää on sovellettu varhaisiin alkioihin geneettisesti muunnettujen organismien luomiseksi, ja sitä on ruiskutettu koe-eläimiin, jotta niiden kudoksissa saadaan aikaan merkittävää geenimuokkausta.
CRISPR:ään perustuvia lähestymistapoja on käytetty modifioimaan eläinten, mukaan lukien hiiret, rotat ja muut kädelliset, genomeja. Näitä lähestymistapoja voitaisiin käyttää parantamaan tuottavuutta, tautien vastustuskykyä ja aktivoimaan lemmikkieläimissä etsittyjä ominaisuuksia.
CRISPR:n avulla voimme jopa pystyä esittelemään sukupolven uusia eläinmalleja.
4. Elintarvikkeiden tuotanto
CRISPR-geeninmuokkaustekniikka voi parantaa satoa ja laatua; kasvien kuivuuden kestävyys, rikkakasvien ja hyönteisten torjunta-aineiden kestävyys, mikä lisää elintarviketurvallisuutta.
Se voi myös auttaa poistamaan antibioottiresistenssiä, parantamaan tuotteiden säilyvyyttä ja nopeuttamaan kasvien kesyttämisprosessia.
Laadukkaammat kasvit merkitsevät laadukkaampaa rehua eläimille, mikä parantaa niiden terveyttä. Koska kasvit ja eläimet muodostavat ravintoketjumme perustan, voimme saada paremman ruoan laadun ja tuotteet.
5. Vihreä polttoaine
Vihreä polttoaine on orgaanisista lähteistä valmistettua ja ympäristöystävällistä polttoainetta.
CRISPR on mahdollistanut kaksinkertaisen määrän biodieseliä (eräs vihreän polttoaineen muoto) tuottamisen fototrooppisista levistä.
Tämä polttoaine saadaan kaksinkertaistamalla lipidituotanto levissä käyttämällä CRISPR:ää geenien säätämiseen. Lipidit ovat palavia ja muodostavat pääasiassa biodieseliä.
Mutta onko geenien muokkaaminen eettistä?
Luonnollisen toimintatavan muuttaminen herättää varmasti eettisiä huolenaiheita. Ihmisen genetiikan muuttaminen käyttämällä geeninmuokkaustekniikoita, kuten CRISPR, ei ole löytänyt yksiselitteistä tukea. Tämä johtuu siitä, että muna- ja siittiösolujen geeneissä tehdyt muutokset voivat siirtyä tuleville sukupolville.
Käynnissä on valtava keskustelu siitä, pitäisikö tätä tekniikkaa käyttää parantamaan normaaleja ihmisen ominaisuuksia (kuten älykkyyttä tai pituutta).
Tätä tekniikkaa käytettäessä syntyy myös turvallisuusongelmia, koska aina on mahdollista, että kohteen ulkopuoliset tehosteet (muokkaukset ovat väärässä paikassa) ja mosaiikki (kun jotkut solut sisältävät muokkauksen, mutta toiset eivät).
Etiikkaa ja turvallisuutta koskevien huolenaiheiden perusteella lisääntymissolujen genomin muokkaaminen on tällä hetkellä laitonta monissa maissa.
Yhteenveto
Ihmisen genomin ymmärtäminen on antanut meille mahdollisuuden mullistaa terveydenhuoltoteknologian nanomittakaavassa.
Geenien muokkaus ja CRISPR-tekniikka ovat tarjonneet uraauurtavia sovelluksia sairauksien hävittämisessä ja jopa ihmisen epätäydellisyyksien korjaamisessa.
Tiedemiehet ennustavat, että nämä tekniikat ovat avain luotaessa taudista vapaa homo sapiens -sukupolvi, jolla on täydelliset ominaisuudet.
Mitä mieltä olet geenien muokkaamisesta? Kerro meille kommenteissa.
Jätä vastaus