Содержание[Скрывать][Показывать]
Область медицинских наук развивалась в геометрической прогрессии на протяжении многих лет. От достижений в разработке новых медицинских препаратов до внедрения нанотехнологий в устройства для мониторинга здоровья мы как биологический вид прошли долгий путь.
Одним из таких достижений является способность понимать и изменять физические и физиологические особенности человека, изменяя его геном!
Статья представляет читателю введение в область генетики, рассказывает о геноме человека и применениях редактирования генов и технологии CRISPR.
Геном человека
С биологической точки зрения человек представляет собой сложную структуру, имеющую ряд характеристик. Эти характеристики, такие как рост, цвет волос, цвет глаз, черты лица и т. д., можно определить с помощью их ДНК.
ДНК
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — это материал, состоящий из основных химических элементов (сахара, фосфата и оснований), которые несут всю информацию о том, как живое существо будет выглядеть и функционировать.
Биологи и специалисты-медики могут декодировать информацию, уникальную для каждого, изучая структуру ДНК.
Гены
Ген — это определенная часть ДНК, которая кодирует один белок. Именно белки, продуцируемые генами, выполняют работу по выполнению функций ДНК.
Гены работают как единицы наследственности и несут ответственность за передачу определенных характеристик от родителей их потомству.
Общая сумма генов и генетического материала организма называется его геномом. Понимание генома человека позволило ученым разработать новые способы лечения, излечения или даже предотвращения тысяч болезней, от которых страдает человечество.
Здесь на помощь приходит редактирование генов.
Редактирование генов
Редактирование генома или генов — это группа технологий, которые позволяют ученым изменять ДНК организма. Эти технологии позволяют добавлять, удалять или изменять генетический материал в определенных местах генома.
В отличие от других методов генной инженерии, которые случайным образом встраивают генетический материал в геномы хозяина, эти методы нацелены на вставки в строго определенных местах.
Как это работает?
Редактирование генов включает ферменты. Ферменты — это белки, которые запускают или ускоряют химические процессы. Сконструированные ферменты, используемые при редактировании генов, называются нуклеазами, и они могут разрезать ДНК.
Нуклеазы созданы с помощью другого химического вещества, которое направляет их к цепям ДНК, которые они должны разрезать. Эти разрезанные нити ДНК могут регенерировать, но на этот раз они получают желаемую информацию для мутации в нужные нити ДНК.
Новые нити означают новые гены, а новые гены означают новые характеристики.
Ученые используют редактирование генов для изучения различных заболеваний, поражающих людей.
Они редактируют геномы животных, таких как мыши и рыбы, и наблюдают, как эти изменения влияют на их здоровье. Затем они использовали свои выводы, чтобы предсказать, как подобные изменения в геномах человека могут повлиять на здоровье человека.
Кроме того, ученые разрабатывают генную терапию. Эти методы лечения включают профилактику и лечение заболеваний у людей с помощью редактирования генов.
Технология CRISPR
Огромным прорывом в технологии редактирования генов стало введение кластеризованных регулярно перемежающихся коротких палиндромных повторов (CRISPR).
CRISPR основан на защитной системе, естественной для некоторых бактерий. ДНК таких бактерий содержит множество коротких палиндромных последовательностей (слова, одинаковые как в прямом, так и в обратном направлении, например, RAAR).
Бактерии будут хранить фрагменты вирусов, с которыми они боролись, внутри этих палиндромных последовательностей.
Как это работает?
Фермент, используемый в CRISPR, называется Cas9. Этот фермент присоединяется к инфицированной палиндромной последовательности и разрезает ДНК на части, сохраняя информацию о вирусе.
Вооруженный белок Cas распознает вирусную ДНК и немедленно уничтожает ее, если бактерия снова заражается тем же вирусом.
Применение CRISPR
CRISPR использовался по-разному, включая исследования, здравоохранение, разведение домашних животных, производство продуктов питания, зеленое топливо и многое другое.
1. Исследование
Системы CRISPR внедряются в исследованиях, связанных с облегчением генетических нарушений у животных, и, вероятно, скоро будут использоваться в клинике для лечения заболеваний глаз и крови человека.
Китай и США одобрили два клинических испытания с использованием CRISPR-Cas9 для таргетной терапии рака.
Помимо биомедицинских приложений, эти инструменты в настоящее время используются в исследованиях для ускорения разведения сельскохозяйственных культур и скота, разработки новых противомикробных препаратов и борьбы с насекомыми, переносящими болезни, с помощью генного драйва.
2. Здравоохранение
Ученые смогли разработать методы уничтожения устойчивых к антибиотикам бактерий путем модификации геномов убивающих бактерии вирусов (бактериофагов) с помощью технологии CRISPR-Cas9.
Эти системы также позволяют создавать модели болезней человека на животных и удалять ВИЧ из инфицированных клеток.
В мышиной модели болезни человека CRISPR исправила генетическую ошибку, что привело к клиническому спасению больных мышей.
3. Разведение домашних животных
CRISPR применялся к ранним эмбрионам для создания генетически модифицированных организмов и вводился лабораторным животным для существенного редактирования генов в их тканях.
Подходы, основанные на CRISPR, использовались для модификации геномов животных, включая мышей, крыс и других приматов, кроме человека. Эти подходы могут быть использованы для повышения продуктивности, устойчивости к болезням и активации искомых признаков/признаков у домашних животных.
Используя CRISPR, мы можем даже представить новое поколение моделей животных.
4. Производство продуктов питания
Технология редактирования генов CRISPR может повысить урожайность и качество сельскохозяйственных культур; засухоустойчивость растений, устойчивость к гербицидам и инсектицидам, повышение безопасности пищевых продуктов.
Это также может помочь устранить устойчивость к антибиотикам, увеличить срок годности продукта и ускорить процесс одомашнивания растений.
Растения более высокого качества означают более качественный корм для животных, что укрепляет их здоровье. Поскольку растения и животные составляют основу нашей пищевой цепи, мы можем получать продукты и продукты более высокого качества.
5. Зеленое топливо
Зеленое топливо — это топливо, которое производится из органических источников и является экологически чистым.
CRISPR позволил производить вдвое больше биодизеля (формы зеленого топлива) из фототропных водорослей.
Это топливо получают путем удвоения производства липидов в водорослях с использованием CRISPR для настройки генов. Липиды горючи и в основном составляют биодизель.
Но этично ли редактирование генов?
Изменение естественного образа действий обязательно вызовет этические проблемы. Изменение генетики человека с помощью технологий редактирования генов, таких как CRISPR, не нашло однозначной поддержки. Это связано с тем, что изменения, внесенные в гены яйцеклеток и сперматозоидов, могут быть переданы будущим поколениям.
Ведутся огромные споры о том, следует ли использовать эту технологию для улучшения нормальных человеческих качеств (таких как интеллект или рост).
При использовании этой технологии также возникают проблемы с безопасностью, поскольку всегда существует возможность получения нецелевых эффектов (редактирование в неправильном месте) и мозаицизма (когда некоторые ячейки содержат редактирование, а другие нет).
Из соображений этики и безопасности редактирование генома репродуктивных клеток в настоящее время запрещено во многих странах.
Заключение
Понимание генома человека позволило нам революционизировать медицинские технологии в наномасштабе.
Генетическое редактирование и технология CRISPR обеспечили новаторское применение с точки зрения искоренения болезней и даже исправления человеческого несовершенства.
Ученые предсказывают, что эти технологии являются ключом к созданию здорового поколения homo sapiens с идеальными характеристиками.
Как вы относитесь к редактированию генов? Дайте нам знать об этом в комментариях.
Оставьте комментарий