Domeniul științelor medicale a evoluat exponențial de-a lungul anilor. De la progrese în dezvoltarea de noi medicamente medicale până la implementarea nanotehnologiei în dispozitivele de monitorizare a sănătății, am parcurs un drum lung ca specie.
Un astfel de progres este abilitatea de a înțelege și de a schimba trăsăturile fizice și fiziologice ale unei ființe umane, modificându-le genomul!
Articolul oferă cititorului o introducere în domeniul geneticii, trece peste genomul uman și aplicațiile editării genelor și tehnologiei CRISPR.
Genomul uman
Din punct de vedere biologic, o ființă umană este o structură complicată, având o serie de caracteristici. Aceste caracteristici, cum ar fi înălțimea, culoarea părului, culoarea ochilor, trăsăturile feței și așa mai departe, pot fi determinate folosind ADN-ul lor.
ADN-ul
Acidul dezoxiribonucleic (ADN) este un material format din elementele chimice fundamentale (zahăr, fosfat și baze) care transportă toate informațiile despre cum va arăta și funcționa un lucru viu.
Biologii și profesioniștii din domeniul medical pot decoda informațiile, unice pentru toată lumea, studiind modelul ADN-ului.
Genele
O genă este o parte specifică a ADN-ului care codifică o proteină. Proteinele produse de gene sunt cele care îndeplinesc funcțiile ADN-ului.
Genele funcționează ca unități de ereditate și sunt responsabile pentru transmiterea unor caracteristici particulare de la părinți la urmașii lor.
Suma totală a genelor și a materialului genetic al unui organism se numește genomul său. Înțelegerea genomului uman a permis oamenilor de știință să dezvolte noi modalități de a trata, vindeca sau chiar preveni mii de boli care afectează omenirea.
Aici intervine editarea genelor.
Editarea genelor
Editarea genomului sau a genelor este un grup de tehnologii care permit oamenilor de știință să modifice ADN-ul unui organism. Aceste tehnologii fac posibilă adăugarea, îndepărtarea sau modificarea materialului genetic în anumite locații din genom.
Spre deosebire de alte tehnici de inginerie genetică care inserează aleatoriu material genetic în genomi gazdă, aceste tehnici vizează inserții în locații foarte specifice.
Cum functioneaza?
Editarea genelor implică enzime. Enzimele sunt proteine care permit sau accelerează procesele chimice. Enzimele modificate utilizate în editarea genelor se numesc nuclează și pot tăia ADN-ul.
Nucleazele sunt concepute cu o altă substanță chimică care îi ghidează către firele de ADN pe care trebuie să le taie. Aceste catene de ADN tăiate se pot regenera, dar de data aceasta sunt hrănite cu informațiile dorite pentru a muta în catenele de ADN dorite.
Componente noi, înseamnă gene noi, iar genele noi înseamnă noi caracteristici.
Oamenii de știință folosesc editarea genelor pentru a investiga diferite boli care afectează oamenii.
Ei editează genomul animalelor, cum ar fi șoarecii și peștii, și observă modul în care aceste schimbări le afectează sănătatea. Apoi, au folosit descoperirile lor pentru a prezice modul în care schimbări similare ale genomului uman ar putea afecta sănătatea umană.
În plus, oamenii de știință dezvoltă terapia genică. Aceste tratamente implică prevenirea și tratarea bolilor la oameni folosind editarea genelor.
Tehnologia CRISPR
O descoperire uriașă în tehnologia de editare a genelor este introducerea Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats (CRISPR).
CRISPR se bazează pe un sistem de apărare care apare în mod natural în unele bacterii. ADN-ul din astfel de bacterii conține multe secvențe palindromice scurte (cuvinte care sunt aceleași atât înainte, cât și înapoi, cum ar fi RAAR).
Bacteriile ar stoca bucăți din virușii cu care au luptat în interiorul acestor secvențe palindromice.
Cum functioneaza?
Enzima folosită în CRISPR se numește Cas9. Această enzimă se atașează la secvența palindromică infectată și taie ADN-ul în bucăți, reținând informații despre virus.
Proteina Cas armată ar recunoaște ADN-ul viral și l-ar distruge imediat în cazul în care bacteria ar fi infectată din nou de același virus.
Aplicații ale CRISPR
CRISPR a fost utilizat într-o varietate de moduri, inclusiv cercetare, asistență medicală, creșterea animalelor de companie, producția de alimente, combustibil verde și multe altele.
1. Cercetare
Sistemele CRISPR sunt implementate în studii legate de ameliorarea tulburărilor genetice la animale și este probabil să fie folosite în curând în clinică pentru a trata bolile oculare și de sânge ale omului.
China și Statele Unite au aprobat două studii clinice folosind CRISPR-Cas9 pentru terapii țintite pentru cancer.
Dincolo de aplicațiile biomedicale, aceste instrumente sunt acum utilizate în studii pentru a accelera creșterea culturilor și a animalelor, pentru a crea noi antimicrobieni și pentru a controla insectele purtătoare de boli cu ajutorul unor gene.
2. Sănătate
Oamenii de știință au reușit să dezvolte metode de distrugere a bacteriilor rezistente la antibiotice prin modificarea genomilor virușilor care ucid bacteriile (bacteriofagi) cu tehnologia CRISPR-Cas9.
Aceste sisteme permit, de asemenea, crearea de modele animale pentru bolile umane și eliminarea HIV din celulele infectate.
Într-un model de șoarece de boală umană, CRISPR a corectat o eroare genetică, ducând la salvarea clinică a șoarecilor bolnavi.
3. Creșterea animalelor de companie
CRISPR a fost aplicat embrionilor timpurii pentru a crea organisme modificate genetic și a fost injectat în animale de laborator pentru a realiza o editare substanțială a genelor în țesuturile lor.
Abordări bazate pe CRISPR au fost folosite pentru a modifica genomurile animalelor, inclusiv șoareci, șobolani și alte primate non-umane. Aceste abordări ar putea fi folosite pentru a crește productivitatea, rezistența la boli și pentru a activa trăsăturile/trăsăturile căutate la animalele de companie.
Folosind CRISPR, am putea chiar să introducem o generație de modele animale noi.
4. Producția alimentară
Tehnologia de editare a genelor CRISPR poate îmbunătăți randamentul și calitatea culturilor; rezistența plantelor la secetă, rezistența la erbicide și insecticide, sporind siguranța și securitatea alimentară.
De asemenea, poate ajuta la eliminarea rezistenței la antibiotice, poate îmbunătăți durata de valabilitate a produsului și poate accelera procesul de domesticire a plantelor.
Plante de mai bună calitate înseamnă furaje de mai bună calitate pentru animale, sporind astfel sănătatea acestora. Deoarece plantele și animalele formează baza lanțului nostru alimentar, putem avea o calitate mai bună a alimentelor și a produselor.
5. Combustibil verde
Combustibilul verde este un combustibil care este produs din surse organice și este prietenos cu mediul.
CRISPR a făcut posibilă producerea dublului cantității de biodiesel (o formă de combustibil verde) din alge fototrope.
Acest combustibil este obținut prin dublarea producției de lipide în alge, folosind CRISPR pentru a modifica genele. Lipidele sunt combustibile și alcătuiesc în esență biodieselul.
Dar este editarea genelor etică?
Modificarea cursului natural al acțiunii va provoca cu siguranță preocupări etice. Modificarea geneticii umane folosind tehnologii de editare a genelor, cum ar fi CRISPR, nu a găsit un sprijin neechivoc. Acest lucru se datorează faptului că modificările făcute în genele ovulelor și spermatozoizilor ar putea fi transmise generațiilor viitoare.
Există o dezbatere uriașă dacă această tehnologie ar trebui utilizată pentru a îmbunătăți trăsăturile umane normale (cum ar fi inteligența sau înălțimea).
Problemele legate de siguranță apar și în timpul utilizării acestei tehnologii, deoarece există întotdeauna posibilitatea de a avea efecte în afara țintei (editări în locul greșit) și mozaicism (când unele celule poartă editarea, dar altele nu).
Pe baza preocupărilor legate de etică și siguranță, editarea genomului celulelor reproductive este în prezent ilegală în multe țări.
Concluzie
Înțelegerea genomului uman ne-a permis să revoluționăm tehnologia medicală la scară nanometrică.
Editarea genelor și tehnologia CRISPR care au oferit aplicații inovatoare în ceea ce privește eradicarea bolilor și chiar corectarea imperfecțiunilor umane.
Oamenii de știință prezic că aceste tehnologii sunt cheia pentru crearea unei generații de homo sapiens fără boli, cu caracteristici perfecte.
Care sunt părerile dumneavoastră despre editarea genelor? Spune-ne în comentarii.
Lasă un comentariu