多年來,醫學科學領域呈指數級發展。 從開發新藥的進步到在健康監測設備中應用納米技術,我們作為一個物種已經取得了長足的進步。
其中一項進步是能夠通過改變基因組來理解和改變人類的身體和生理特徵!
該文章向讀者介紹了遺傳學領域,回顧了人類基因組以及基因編輯和 CRISPR 技術的應用。
人類基因組
從生物學角度來說,人類是一個具有多種特徵的複雜結構。 這些特徵,如身高、頭髮顏色、眼睛顏色、面部特徵等,都可以通過他們的 DNA 來確定。
DNA錶款系列
脫氧核糖核酸 (DNA) 是一種由基本化學元素(糖、磷酸鹽和鹼基)組成的材料,攜帶著有關生物外觀和功能的所有信息。
生物學家和醫學專家可以通過研究 DNA 的模式來解碼每個人獨有的信息。
基因
基因是 DNA 的特定部分,編碼一種蛋白質。 基因產生的蛋白質負責執行 DNA 的功能。
這些基因作為遺傳單位,負責將特定特徵從父母傳遞給後代。
生物體的基因和遺傳物質的總和稱為其基因組。 了解人類基因組使科學家能夠開發出治療、治愈甚至預防數千種困擾人類的疾病的新方法。
這就是基因編輯的用武之地。
基因編輯
基因組或基因編輯是一組允許科學家改變生物體 DNA 的技術。 這些技術使得在基因組中特定位置添加、去除或改變遺傳物質成為可能。
與其他將遺傳物質隨機插入宿主基因組的基因工程技術不同,這些技術的目標是在高度特定的位置插入。
它如何運作?
基因編輯涉及酶。 酶是能夠或加速化學過程的蛋白質。 基因編輯中使用的工程酶稱為核酸酶,它們可以切割 DNA。
核酸酶是用另一種化學物質設計的,可以引導它們到達必須切割的 DNA 鏈。 這些被切割的 DNA 鏈可以再生,但這一次它們被注入所需的信息,突變成所需的 DNA 鏈。
新的鏈意味著新的基因,新的基因意味著新的特徵。
科學家利用基因編輯來研究影響人類的不同疾病。
他們編輯小鼠和魚等動物的基因組,並觀察這些變化如何影響它們的健康。 然後,他們利用他們的發現來預測人類基因組的類似變化可能如何影響人類健康。
此外,科學家們正在開發基因療法。 這些治療涉及使用基因編輯來預防和治療人類疾病。
CRISPR技術
基因編輯技術的一個巨大突破是引入了成簇規律散佈的短回文重複序列(CRISPR)。
CRISPR 基於某些細菌中自然存在的防禦系統。 此類細菌的 DNA 包含許多短回文序列(前後相同的單詞,例如 RAAR)。
細菌會將它們抵抗的病毒片段儲存在這些回文序列中。
它如何運作?
CRISPR 中使用的酶稱為 Cas9。 這種酶將自身附著在受感染的回文序列上,並將 DNA 切成碎片,保留有關病毒的信息。
武裝的Cas蛋白會識別病毒DNA並立即摧毀它,以防細菌再次被相同的病毒感染。
CRISPR的應用
CRISPR 已被用於多種用途,包括研究、醫療保健、寵物育種、食品生產、綠色燃料等等。
1. 研究
CRISPR系統正在應用於與減輕動物遺傳疾病相關的研究中,並且可能很快就會應用於臨床治療人類的眼睛和血液疾病。
中國和美國已批准兩項使用 CRISPR-Cas9 進行癌症靶向治療的臨床試驗。
除了生物醫學應用之外,這些工具現在還用於加速農作物和牲畜育種、設計新的抗菌藥物以及通過基因驅動控制攜帶疾病的昆蟲等研究。
2。 衛生保健
科學家們已經能夠通過 CRISPR-Cas9 技術修改殺菌病毒(噬菌體)的基因組來開發消滅抗生素耐藥細菌的方法。
這些系統還能夠創建人類疾病的動物模型並從受感染的細胞中去除艾滋病毒。
在人類疾病小鼠模型中,CRISPR 糾正了遺傳錯誤,從而臨床拯救了患病小鼠。
3. 寵物飼養
CRISPR 已應用於早期胚胎以創建轉基因生物,並已被注射到實驗動物體內以在其組織中實現大量基因編輯。
基於 CRISPR 的方法已被用來修改動物的基因組,包括小鼠、大鼠和其他非人類靈長類動物。 這些方法可用於提高生產力、抗病能力並激活寵物所尋求的性狀/特徵。
使用 CRISPR,我們甚至可以引入一代新型動物模型。
4. 食品生產
CRISPR基因編輯技術可提高作物產量和品質; 植物抗旱、抗除草劑和殺蟲劑,提高食品安全和保障。
它還可以幫助消除抗生素耐藥性,提高產品保質期,加速植物馴化進程。
更好質量的植物意味著更好質量的動物飼料,從而促進它們的健康。 由於植物和動物構成了我們食物鏈的基礎,因此我們可以擁有更好的食品質量和產品。
5. 綠色燃料
綠色燃料是由有機來源生產的、對環境無害的燃料。
CRISPR 使向光性藻類生產雙倍數量的生物柴油(一種綠色燃料)成為可能。
這種燃料是通過使用 CRISPR 調整基因,使藻類的脂質產量加倍而獲得的。 脂質是可燃的,主要構成生物柴油。
但基因編輯道德嗎?
改變自然的行動過程肯定會引起道德問題。 使用 CRISPR 等基因編輯技術改變人類遺傳學尚未得到明確的支持。 這是因為卵子和精子細胞基因的變化可能會遺傳給後代。
關於這項技術是否應該用於增強人類的正常特徵(例如智力或身高)存在著巨大的爭論。
使用這項技術時也會出現安全問題,因為總是有可能產生脫靶效應(在錯誤的位置進行編輯)和鑲嵌現象(當某些細胞攜帶編輯而其他細胞不攜帶編輯時)。
出於對倫理和安全的擔憂,生殖細胞基因組編輯目前在許多國家都是非法的。
結論
了解人類基因組使我們能夠在納米尺度上徹底改變醫療保健技術。
基因編輯和 CRISPR 技術在消除疾病甚至糾正人類缺陷方面提供了突破性的應用。
科學家預測,這些技術是創造具有完美特徵、無疾病的一代智人的關鍵。
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