Paskaidrots: Nobela prēmija ķīmijā par šķērēm gēnu rediģēšanai

Emmanuelle Charpentier un Jennifer Doudna dala balvu par CRISPR ķīmiju, kas ļauj zinātniekiem “izgriezt-ielīmēt” ģenētiskā secībā. Tam ir dažādi potenciālie lietojumi, taču tas rada arī ētiskas bažas.

Pirmkārt, pētnieki mākslīgi izveido vadošo RNS, kas palīdz nogādāt ģenētiskās šķēres uz vietu genomā, kur tiks veikts griezums. Lai rediģētu gēnu, viņi īpaši izstrādā nelielu DNS veidni. Kad šūna labos griezumu, tā izmantos šo DNS veidni. Tas maina kodu genomā. (Johans Jarnestads / Zviedrijas Karaliskā Zinātņu akadēmija)

Tā vienkāršība bieži ir salīdzināta ar “Izgriezt-kopēt-ielīmēt” mehānismu jebkurā tekstapstrādes programmā (vai, iespējams, tikpat izplatīto “atrast-aizstāt” mehānismu), savukārt tā izmantošana potenciāli var pārveidot cilvēkus un visas citas dzīvības formas. Tas var potenciāli novērst ģenētiskās un citas slimības, vairot lauksaimniecisko ražošanu, izlabot deformācijas un pat pavērt strīdīgākas iespējas radīt 'dizaineru mazuļus' un radīt kosmētisku pilnību. Faktiski visu, kas ir saistīts ar gēnu darbību, var labot vai “rediģēt”.

CRISPR (saīsinājums no diezgan neelegantā nosaukuma Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) gēnu rediģēšanas tehnoloģija ir izraisījusi milzīgu sajūsmu jau kopš tās izstrādes 2012. gadā, gan solot, ka tā uzlabo dzīves kvalitāti, un tās ļaunprātīgas izmantošanas briesmas. Kopš tā laika simtiem zinātnieku un laboratoriju ir sākuši strādāt pie šīs tehnoloģijas dažādiem lietojumiem. Pēdējo astoņu gadu laikā tehnoloģija tās izstrādātājiem ir saņēmusi virkni balvu un apbalvojumu. Trešdien tas vainagojās ar Nobela prēmiju ķīmijā abām sievietēm, kuras to visu aizsāka, 52 gadus vecajai Emanuellei Šarpentjē no Francijas un 56 gadus vecajai amerikānietei Dženiferai Dudnai.

Tā, iespējams, ir vienīgā reize Nobela prēmijas vēsturē, kad divas sievietes ir pasludinātas par vienīgajām ieguvējām.

Tehnoloģija

Gēnu sekvenču rediģēšana vai modificēšana nav nekas jauns. Tas notiek jau vairākus gadu desmitus, īpaši lauksaimniecības jomā, kur vairākas kultūras ir ģenētiski modificētas, lai nodrošinātu noteiktas īpašības.

Taču CRISPR ir padarījis gēnu rediģēšanu ļoti vienkāršu un vienkāršu, un tajā pašā laikā ārkārtīgi efektīvu. Un iespējas ir gandrīz bezgalīgas, sacīja Debojyoti Chakraborty, kurš strādā ar šo tehnoloģiju Ņūdeli bāzētajā CSIR-genomikas un integratīvās bioloģijas institūtā.

Būtībā tehnoloģija darbojas vienkāršā veidā — tā ģenētiskajā secībā atrod konkrēto apgabalu, kas ir diagnosticēts kā problēmas cēlonis, izgriež to un aizstāj ar jaunu un pareizu secību, kas vairs neizraisa problēma.

Šī tehnoloģija atkārto dabisko aizsardzības mehānismu dažās baktērijās, kas izmanto līdzīgu metodi, lai pasargātu sevi no vīrusu uzbrukumiem.

RNS molekula ir ieprogrammēta, lai atrastu konkrēto problemātisko secību DNS virknē, un, lai sadalītu un noņemtu problemātisko secību, tiek izmantots īpašs proteīns, ko sauc par Cas9, ko populārajā literatūrā bieži raksturo kā 'ģenētisko šķēru'. DNS virknei, ja tā ir bojāta, ir dabiska tendence pati sevi salabot. Taču automātiskā remonta mehānisms var izraisīt problemātiskas secības atjaunošanos. Zinātnieki iejaucas šajā automātiskās labošanas procesā, piegādājot vēlamo ģenētisko kodu secību, kas aizstāj sākotnējo secību. Tas ir tāpat kā nogriezt garā rāvējslēdzēja daļu kaut kur pa vidu un aizstāt šo daļu ar jaunu segmentu.

Izskaidrotstagad ir ieslēgtsTelegramma. Klikšķis šeit, lai pievienotos mūsu kanālam (@ieexplained) un esiet informēts par jaunāko

džennas marmora māja

Tā kā viss process ir programmējams, tam ir ievērojama efektivitāte, un tas jau ir devis gandrīz brīnumainus rezultātus. Ir ļoti daudz slimību un traucējumu, tostarp dažas vēža formas, ko izraisa nevēlama ģenētiska mutācija. To visu var salabot ar šo tehnoloģiju. Plašas lietojumprogrammas ir arī citur. Slimību izraisošo organismu ģenētiskās secības var mainīt, lai padarītu tās neefektīvas. Augu gēnus var rediģēt, lai tie izturētu kaitēkļus vai uzlabotu to izturību pret sausumu vai temperatūru.

Runājot par ietekmi, tas, iespējams, ir nozīmīgākais atklājums dzīvības zinātnēs pēc DNS molekulas dubultspirāles struktūras atklāšanas pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados, sacīja Sidharts Tivari no Mohali bāzētā Nacionālā lauksaimniecības un pārtikas biotehnoloģijas institūta. izmantojot CRISPR tehnoloģiju banānu auga gēniem.

Emmanuelle Charpentier un Jennifer Doudna par CRISPR/Cas9 ģenētisko šķēru atklāšanu, ar kurām var mainīt dzīvo būtņu DNS.

Uzvarētāji

Šarpentjē un Dudna strādāja neatkarīgi, kad viņi paklupa uz dažādām informācijas daļām, kas vēlāk tika apvienotas, lai izstrādātu šo tehnoloģiju. Šarpentjē, bioloģe, kas tolaik strādāja laboratorijā Zviedrijā, bija nepieciešama bioķīmiķa pieredze, lai apstrādātu jauno informāciju, ko viņa bija ieguvusi par ģenētiskajām sekvencēm konkrētās baktērijās, ar kurām viņa bija strādājusi ar nosaukumu Streptococcus pyogenes.

Viņa bija dzirdējusi par Dudnas darbu Kalifornijas universitātē Bērklijā, un abi satikās zinātniskā konferencē Puertoriko 2011. gadā, teikts Nobela prēmijas tīmekļa vietnē publicētajā kontā. Šapentjē ierosināja sadarbību, kurai Dudna piekrita. Pēc tam viņu pētniecības grupas nākamajā gadā sadarbojās lielos attālumos. Gada laikā viņi bija spējuši nākt klajā ar revolucionāru gēnu rediģēšanas tehnoloģiju.

Arī vairāki citi zinātnieki un pētnieku grupas sniedza būtisku ieguldījumu šīs tehnoloģijas attīstībā. Kāds Virdžīnijs Siksnijs, bioķīmiķis, kurš strādā Viļņas Universitātē Lietuvā, ir plaši atzīts par šīs tehnoloģijas līdzizgudrotāju. Faktiski Siksnys dalīja 2018. gada Kavli balvu nanozinātnē ar Doudna un Chapentier par šo tehnoloģiju. Bet abu sieviešu ievērojamais ieguldījums ir neapstrīdams. Viņu sasniegumi pēdējos gados ir novērtēti ar vairākām prestižām balvām, tostarp Breakthrough Prize in Life Sciences 2015. gadā un Vilka balvu medicīnā šā gada sākumā.

Zinātnieku aprindās ir izskanējuši kurni par to, ka ķīmijas Nobela balva ir nonākusi pie biologiem. Bet acīmredzot tā nav jauna parādība. Ķīmijas galvenā loma zinātnēs par dzīvību — molekulārā līmenī bioloģija būtībā ir ķīmija — ir nodrošinājusi, ka pēdējā laikā arvien vairāk Nobela prēmiju tiek piešķirtas par darbu bioķīmijas jomā. Faktiski šī gada sākumā publicētajā pētnieciskajā dokumentā ir norādīts uz šo pakāpenisku ķīmijas balvas būtības maiņu. Saskaņā ar Karaliskās ķīmijas biedrības izdoto ziņu žurnālu Chemistry World no 189 zinātniekiem, kas līdz šim apbalvoti ar ķīmijas Nobela balvu, 59 bija strādājuši bioķīmijas jomā. Tas bija vairāk nekā jebkura cita ķīmijas nozare.

Lasiet arī | Nobela prēmijas par Fizika un Medicīna

cik vērts ir Andrew Linkolns

Ētiskas bažas

2018. gada novembrī ķīniešu pētnieks Šencenā radīja starptautisku sensāciju ar apgalvojumu, ka viņš ir izmainījis cilvēka embrija gēnus, kā rezultātā galu galā piedzima dvīņu meitenes. Šis bija pirmais dokumentētais gadījums, kad 'dizaineru mazuļi' tika ražoti, izmantojot jaunus gēnu rediģēšanas rīkus, piemēram, CRISPR, un radīja tieši tādas ētiskas bažas, par kurām runā tādi zinātnieki kā Doudna.

Ķīniešu dvīņu gadījumā gēni tika rediģēti, lai nodrošinātu, ka viņi neinficējas ar HIV, vīrusu, kas izraisa AIDS. Šo īpašo iezīmi tad pārmantotu arī viņu nākamās paaudzes. Bažas nebija par iemeslu, kādēļ tehnoloģija tika izmantota, bet gan par mazuļu ar īpašām ģenētiskām iezīmēm radīšanas ētiku. Zinātnieki norādīja, ka problēmai šajā gadījumā, iespējamai inficēšanai ar HIV vīrusu, jau bija citi alternatīvi risinājumi un ārstēšanas veidi. Sliktāko situāciju padarīja tas, ka gēnu rediģēšana, iespējams, tika veikta bez jebkādas regulējošas atļaujas vai uzraudzības. Citi arī norādīja, ka, lai gan CRISPR tehnoloģija bija neticami precīza, tā nebija 100% precīza, un ir iespējams, ka daži citi gēni var tikt mainīti kļūdas dēļ.

Pati Doudna ir cīnījusies par starptautisku noteikumu un vadlīniju izstrādi CRISPR tehnoloģijas izmantošanai un ir iestājusies par vispārēju šāda veida lietojumprogrammu apturēšanu līdz šim laikam.

Dalieties Ar Draugiem: