多年来,医学科学领域呈指数级发展。 从开发新药的进步到在健康监测设备中实施纳米技术,我们作为一个物种已经走过了漫长的道路。
其中一项进步是通过改变人类基因组来理解和改变人类身体和生理特征的能力!
这篇文章向读者介绍了遗传学领域,回顾了人类基因组以及基因编辑和 CRISPR 技术的应用。
人类基因组
从生物学上讲,人是一个复杂的结构,具有许多特征。 这些特征,如身高、头发颜色、眼睛颜色、面部特征等,可以使用他们的 DNA 来确定。
的DNA
脱氧核糖核酸 (DNA) 是一种由基本化学元素(糖、磷酸盐和碱基)组成的材料,它携带有关生物外观和功能的所有信息。
生物学家和医学专家通过研究 DNA 的模式,可以解码每个人独有的信息。
基因
基因是编码一种蛋白质的DNA的特定部分。 正是基因产生的蛋白质完成了 DNA 的功能。
这些基因作为遗传单位发挥作用,负责将特定特征从父母传给后代。
一个有机体的基因和遗传物质的总和称为它的基因组。 了解人类基因组使科学家能够开发出治疗、治愈甚至预防数千种折磨人类疾病的新方法。
这就是基因编辑的用武之地。
基因编辑
基因组或基因编辑是一组允许科学家改变生物体 DNA 的技术。 这些技术使得在基因组的特定位置添加、移除或改变遗传物质成为可能。
与将遗传物质随机插入宿主基因组的其他基因工程技术不同,这些技术的目标是在高度特定的位置插入。
我们如何运作?
基因编辑涉及酶。 酶是启用或加速化学过程的蛋白质。 用于基因编辑的工程酶称为核酸酶,它们可以切割 DNA。
核酸酶是用另一种化学物质设计的,这种化学物质将它们引导到它们必须切割的 DNA 链上。 这些切割的 DNA 链可以再生,但这次它们被提供所需的信息以突变成所需的 DNA 链。
新链,意味着新基因,新基因意味着新特性。
科学家们使用基因编辑来研究影响人类的不同疾病。
他们编辑动物的基因组,如老鼠和鱼,并观察这些变化如何影响它们的健康。 然后,他们利用他们的发现来预测人类基因组中的类似变化可能如何影响人类健康。
此外,科学家们正在开发基因疗法。 这些治疗包括使用基因编辑预防和治疗人类疾病。
CRISPR技术
基因编辑技术的一个巨大突破是引入了成簇规则散布的短回文重复序列 (CRISPR)。
CRISPR基于一些细菌中天然存在的防御系统。 此类细菌中的 DNA 包含许多短回文序列(向前和向后都相同的单词,例如 RAAR)。
细菌会在这些回文序列中存储它们抵抗的病毒片段。
我们如何运作?
CRISPR中使用的酶称为Cas9。 这种酶将自身附着在受感染的回文序列上,并将 DNA 切割成碎片,保留有关病毒的信息。
武装的 Cas 蛋白会识别病毒 DNA 并立即破坏它,以防细菌再次被同一种病毒感染。
CRISPR的应用
CRISPR 已被用于多种方式,包括研究、医疗保健、宠物饲养、食品生产、绿色燃料等等。
7. 研究
CRISPR 系统正在与减轻动物遗传疾病相关的研究中实施,并可能很快用于临床治疗人类眼睛和血液疾病。
中国和美国已批准两项使用 CRISPR-Cas9 进行靶向癌症治疗的临床试验。
除了生物医学应用之外,这些工具现在还被用于加速作物和牲畜育种、设计新的抗菌剂以及通过基因驱动控制携带疾病的昆虫的研究。
2。 卫生保健
科学家们已经能够通过使用 CRISPR-Cas9 技术修改杀菌病毒(噬菌体)的基因组来开发破坏抗生素抗性细菌的方法。
这些系统还可以创建人类疾病的动物模型并从受感染的细胞中去除 HIV。
在人类疾病的小鼠模型中,CRISPR 纠正了遗传错误,从而对患病小鼠进行了临床拯救。
3.宠物饲养
CRISPR 已被应用于早期胚胎以创造转基因生物,并已被注射到实验动物体内以在其组织中实现大量基因编辑。
基于 CRISPR 的方法已被用于修改动物的基因组,包括小鼠、大鼠和其他非人类灵长类动物。 这些方法可用于提高生产力、抗病性和激活宠物所寻求的特征/特征。
使用 CRISPR,我们甚至可以引入一代新的动物模型。
4. 食品生产
CRISPR基因编辑技术可以提高作物产量和质量; 植物抗旱、抗除草剂和杀虫剂,增加食品安全和保障。
还可以帮助去除抗生素耐药性,提高产品保质期,加速植物驯化进程。
更优质的植物意味着更优质的动物饲料,从而促进它们的健康。 由于植物和动物构成了我们食物链的基础,我们可以拥有更好的食品质量和产品。
5. 绿色燃料
绿色燃料是由有机来源生产且对环境友好的燃料。
CRISPR 使从向光性藻类生产双倍数量的生物柴油(一种绿色燃料)成为可能。
这种燃料是通过使用 CRISPR 调整基因使藻类中的脂质产量增加一倍而获得的。 脂质是可燃的,基本上构成生物柴油。
但是基因编辑合乎道德吗?
改变自然的行为方式肯定会引起道德问题。 使用基因编辑技术(如 CRISPR)改变人类遗传学尚未找到明确的支持。 这是因为卵子和精子细胞基因的变化可以传递给后代。
关于这项技术是否应该用于增强正常的人类特征(例如智力或身高)存在着巨大的争论。
使用该技术时也会出现安全问题,因为总是有可能出现脱靶效应(在错误的位置进行编辑)和镶嵌现象(当某些单元格携带编辑但其他单元格不携带)。
基于对伦理和安全的担忧,生殖细胞的基因组编辑目前在许多国家都是非法的。
结论
了解人类基因组使我们能够在纳米尺度上彻底改变医疗保健技术。
基因编辑和 CRISPR 技术在根除疾病甚至纠正人类缺陷方面提供了开创性的应用。
科学家们预测,这些技术是创造具有完美特征的无病一代智人的关键。
您对基因编辑有何看法? 让我们在评论中知道。
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