Področje medicinskih znanosti se je skozi leta eksponentno razvijalo. Od napredka pri razvoju novih medicinskih zdravil do uvajanja nanotehnologije v naprave za spremljanje zdravja smo kot vrsta prišli daleč.
Eden takšnih napredkov je sposobnost razumevanja in spreminjanja fizičnih in fizioloških značilnosti človeka s spreminjanjem njegovega genoma!
Članek bralcu ponuja uvod v področje genetike, obravnava človeški genom in aplikacije urejanja genov ter tehnologije CRISPR.
Človeški genom
Biološko gledano je človek zapletena struktura, ki ima številne značilnosti. Te značilnosti, kot so višina, barva las, barva oči, poteze obraza in tako naprej, je mogoče določiti z uporabo njihove DNK.
DNA
Deoksiribonukleinska kislina (DNK) je material, sestavljen iz osnovnih kemičnih elementov (sladkorja, fosfata in baz), ki nosijo vse informacije o tem, kako bo živo bitje izgledalo in delovalo.
Biologi in zdravstveni delavci lahko dekodirajo informacije, edinstvene za vsakogar, s preučevanjem vzorca DNK.
Geni
Gen je poseben del DNK, ki kodira en protein. Delo pri opravljanju funkcij DNK so beljakovine, ki jih proizvajajo geni.
Geni delujejo kot dednostne enote in so odgovorni za prenos določenih lastnosti s staršev na potomce.
Celotna vsota genov in genskega materiala organizma se imenuje njegov genom. Razumevanje človeškega genoma je znanstvenikom omogočilo, da razvijejo nove načine za zdravljenje, zdravljenje ali celo preprečevanje na tisoče bolezni, ki prizadenejo človeštvo.
Tu pride na vrsto urejanje genov.
Urejanje genov
Urejanje genoma ali genov je skupina tehnologij, ki znanstvenikom omogoča spreminjanje DNK organizma. Te tehnologije omogočajo dodajanje, odstranjevanje ali spreminjanje genetskega materiala na določenih lokacijah v genomu.
Za razliko od drugih tehnik genskega inženiringa, ki naključno vstavljajo genski material v genome gostitelja, te tehnike ciljajo na vstavljanje na zelo specifične lokacije.
Kako deluje?
Urejanje genov vključuje encime. Encimi so beljakovine, ki omogočajo ali pospešujejo kemične procese. Izdelani encimi, ki se uporabljajo pri urejanju genov, se imenujejo nukleaza in lahko režejo DNK.
Nukleaze so izdelane z drugo kemikalijo, ki jih vodi do verig DNK, ki jih morajo prerezati. Te prerezane verige DNK se lahko regenerirajo, vendar se tokrat hranijo z želenimi informacijami, da mutirajo v želene verige DNK.
Nove verige pomenijo nove gene, novi geni pa nove značilnosti.
Znanstveniki uporabljajo urejanje genov za raziskovanje različnih bolezni, ki prizadenejo ljudi.
Urejajo genome živali, kot so miši in ribe, in opazujejo, kako te spremembe vplivajo na njihovo zdravje. Nato so svoje ugotovitve uporabili za napovedovanje, kako lahko podobne spremembe v človeških genomih vplivajo na zdravje ljudi.
Poleg tega znanstveniki razvijajo gensko terapijo. Ta zdravljenja vključujejo preprečevanje in zdravljenje bolezni pri ljudeh z uporabo urejanja genov.
Tehnologija CRISPR
Velik preboj v tehnologiji za urejanje genov je uvedba grozdnih redno vmesnih kratkih palindromskih ponovitev (CRISPR).
CRISPR temelji na obrambnem sistemu, ki se naravno pojavlja v nekaterih bakterijah. DNK v takih bakterijah vsebuje veliko kratkih palindromskih zaporedij (besede, ki so enake tako naprej kot nazaj, kot je RAAR).
Bakterije bi v teh palindromskih sekvencah shranile koščke virusov, s katerimi so se borili.
Kako deluje?
Encim, uporabljen v CRISPR, se imenuje Cas9. Ta encim se veže na okuženo palindromsko zaporedje in razreže DNK na koščke, pri čemer ohrani informacije o virusu.
Oboroženi protein Cas bi prepoznal virusno DNK in jo takoj uničil, če bi bila bakterija ponovno okužena z istim virusom.
Aplikacije CRISPR
CRISPR se uporablja na različne načine, vključno z raziskavami, zdravstvenim varstvom, vzrejo hišnih ljubljenčkov, proizvodnjo hrane, zelenim gorivom in še veliko več.
1. Raziskave
Sistemi CRISPR se izvajajo v študijah, povezanih z lajšanjem genetskih motenj pri živalih in bodo verjetno kmalu uporabljeni v kliniki za zdravljenje človeških očesnih in krvnih bolezni.
Kitajska in ZDA sta odobrili dve klinični preskušanji z uporabo CRISPR-Cas9 za ciljno zdravljenje raka.
Poleg biomedicinskih aplikacij se ta orodja zdaj uporabljajo v študijah za pospešitev vzreje poljščin in živine, inženiring novih protimikrobnih sredstev in nadzor žuželk, ki prenašajo bolezni, z genskimi pogoni.
2. Zdravstvo
Znanstveniki so lahko razvili metode za uničenje bakterij, odpornih na antibiotike, s spreminjanjem genomov virusov, ki ubijajo bakterije (bakteriofagov) s tehnologijo CRISPR-Cas9.
Ti sistemi omogočajo tudi ustvarjanje živalskih modelov za človeško bolezen in odstranjevanje HIV iz okuženih celic.
V mišjem modelu človeške bolezni je CRISPR popravil genetsko napako, kar je povzročilo klinično reševanje obolelih miši.
3. Vzreja hišnih ljubljenčkov
CRISPR je bil uporabljen za zgodnje zarodke za ustvarjanje gensko spremenjenih organizmov in je bil vbrizgan v laboratorijske živali, da bi dosegli znatno urejanje genov v njihovih tkivih.
Pristopi, ki temeljijo na CRISPR, so bili uporabljeni za spreminjanje genomov živali, vključno z mišmi, podganami in drugimi primati razen človeka. Te pristope bi lahko uporabili za povečanje produktivnosti, odpornosti na bolezni in aktiviranje iskanih lastnosti/značilnosti pri hišnih ljubljenčkih.
Z uporabo CRISPR bomo morda celo lahko predstavili generacijo novih živalskih modelov.
4. Proizvodnja hrane
Tehnologija urejanja genov CRISPR lahko izboljša pridelke in kakovost; odpornost rastlin na sušo, odpornost na herbicide in insekticide, kar povečuje varnost in varnost hrane.
Prav tako lahko pomaga odpraviti odpornost na antibiotike, izboljša rok uporabnosti izdelkov in pospeši proces udomačevanja rastlin.
Kakovostnejše rastline pomenijo kakovostnejšo krmo za živali in s tem krepijo njihovo zdravje. Ker so rastline in živali osnova naše prehranjevalne verige, imamo lahko boljšo kakovost hrane in izdelkov.
5. Zeleno gorivo
Zeleno gorivo je gorivo, ki je proizvedeno iz organskih virov in je okolju prijazno.
CRISPR je omogočil proizvodnjo dvojne količine biodizla (oblike zelenega goriva) iz fototropnih alg.
To gorivo dobimo z podvojitvijo proizvodnje lipidov v algah z uporabo CRISPR za prilagajanje genov. Lipidi so gorljivi in v bistvu sestavljajo biodizel.
Toda ali je urejanje genov etično?
Spreminjanje naravnega poteka delovanja bo zagotovo povzročilo etične pomisleke. Sprememba človeške genetike z uporabo tehnologij za urejanje genov, kot je CRISPR, ni našla nedvoumne podpore. To je zato, ker se spremembe v genih jajčec in semenčic lahko prenesejo na prihodnje generacije.
Obstaja velika razprava o tem, ali je treba to tehnologijo uporabiti za izboljšanje normalnih človeških lastnosti (kot sta inteligenca ali višina).
Pri uporabi te tehnologije se pojavljajo tudi pomisleki glede varnosti, saj vedno obstaja možnost stranskih učinkov (urejanja na napačnem mestu) in mozaičnosti (ko nekatere celice nosijo urejanje, druge pa ne).
Zaradi skrbi glede etike in varnosti je urejanje genoma reproduktivnih celic trenutno v mnogih državah nezakonito.
zaključek
Razumevanje človeškega genoma nam je omogočilo revolucijo v zdravstveni tehnologiji na nanomerilu.
Urejanje genov in tehnologija CRISPR, ki sta zagotovili prelomne aplikacije v smislu izkoreninjenja bolezni in celo odpravljanja človeških nepopolnosti.
Znanstveniki napovedujejo, da so te tehnologije ključ do ustvarjanja generacije homo sapiensov brez bolezni s popolnimi lastnostmi.
Kakšni so vaši pogledi na urejanje genov? Sporočite nam v komentarjih.
Pustite Odgovori