Förklarat: Nobelpriset i kemi för sax för att redigera gener
Emmanuelle Charpentier, Jennifer Doudna delar priset för kemin i CRISPR, som gör det möjligt för forskare att 'klippa-klistra' inuti en genetisk sekvens. Detta har en mängd potentiella användningsområden, men väcker också etiska problem.
Först skapar forskare på konstgjord väg ett guide-RNA, som hjälper till att ta den genetiska saxen till den plats i genomet där skärningen ska göras. För att redigera en gen designar de speciellt en liten DNA-mall. När cellen reparerar snittet kommer den att använda denna DNA-mall. Detta ändrar koden i genomet. (Johan Jarnestad/Kungliga Vetenskapsakademien) Dess enkelhet har ofta jämförts med 'Klipp ut-Kopiera-Klistra'-mekanismen i vilken ordbehandlare som helst (eller förmodligen den lika vanliga 'Hitta-Ersätt'-mekanismen), medan dess användningar potentiellt kan förändra människor och alla andra livsformer. Det kan potentiellt eliminera genetiska och andra sjukdomar, föröka jordbruksproduktionen, korrigera missbildningar och till och med öppna upp för de mer kontroversiella möjligheterna att producera 'designerbebisar' och åstadkomma kosmetisk perfektion. I själva verket kan allt som är kopplat till genernas funktion korrigeras eller 'redigeras'.
CRISPR-tekniken (förkortning av det ganska oelegant namngivna Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) för genredigering har utlöst enorm spänning ända sedan den utvecklades år 2012, både för löftet att den håller för att förbättra livskvaliteten, och farorna med dess missbruk. Hundratals forskare och laboratorier har sedan dess börjat arbeta med tekniken för en mängd olika användningsområden. Under de senaste åtta åren har tekniken gett en rad utmärkelser och utmärkelser för sina utvecklare. I onsdags kulminerade det i Nobelpriset i kemi för de två kvinnor som startade det hela, 52-åriga Emmanuelle Charpentier från Frankrike, och 56-åriga amerikanska Jennifer Doudna.
Det är möjligen enda gången i Nobelprisets historia som två kvinnor har förklarats vara de enda vinnarna.
Teknologin
Att redigera eller modifiera gensekvenser är inget nytt. Det har hänt i flera decennier nu, särskilt inom jordbruket, där flera grödor har modifierats genetiskt för att ge speciella egenskaper.
Men vad CRISPR har gjort är att göra genredigering väldigt enkel och enkel, och samtidigt extremt effektiv. Och möjligheterna är nästan oändliga, sa Debojyoti Chakraborty som arbetar med denna teknik vid det New Delhi-baserade CSIR-Institute of Genomics and Integrative Biology.
I grund och botten fungerar tekniken på ett enkelt sätt - den lokaliserar det specifika området i den genetiska sekvensen som har diagnostiserats vara orsaken till problemet, skär ut det och ersätter det med en ny och korrekt sekvens som inte längre orsakar problem.
Tekniken replikerar en naturlig försvarsmekanism hos vissa bakterier som använder en liknande metod för att skydda sig mot virusattacker.
En RNA-molekyl är programmerad för att lokalisera den speciella problematiska sekvensen på DNA-strängen, och ett speciellt protein som kallas Cas9, som nu ofta beskrivs i populärlitteraturen som 'genetisk sax', används för att bryta och ta bort den problematiska sekvensen. En DNA-sträng har, när den är bruten, en naturlig tendens att reparera sig själv. Men den automatiska reparationsmekanismen kan leda till att en problematisk sekvens återväxer. Forskare ingriper under denna autoreparationsprocess genom att tillhandahålla den önskade sekvensen av genetiska koder, som ersätter den ursprungliga sekvensen. Det är som att klippa en del av en lång dragkedja någonstans däremellan och ersätta den delen med ett nytt segment.
Express förklaratär nu påTelegram. Klick här för att gå med i vår kanal (@ieexplained) och håll dig uppdaterad med det senaste
jemele hill lön espn
Eftersom hela processen är programmerbar har den en anmärkningsvärd effektivitet och har redan gett nästan mirakulösa resultat. Det finns en hel del sjukdomar och störningar, inklusive vissa former av cancer, som orsakas av en oönskad genetisk mutation. Dessa kan alla fixas med denna teknik. Det finns stora applikationer på andra håll också. Genetiska sekvenser av sjukdomsalstrande organismer kan ändras för att göra dem ineffektiva. Gener av växter kan redigeras för att få dem att motstå skadedjur, eller förbättra deras tolerans mot torka eller temperatur.
När det gäller dess implikationer är detta möjligen den viktigaste upptäckten inom biovetenskap efter upptäckten av dubbelhelixstrukturen hos DNA-molekylen på 1950-talet, säger Siddharth Tiwari från Mohali-baserade National Agri-Food Biotechnology Institute som har varit använder CRISPR-tekniken på gener från bananplantor.
Emmanuelle Charpentier och Jennifer Doudna, för att de upptäckte genetisk sax CRISPR/Cas9, som kan användas för att ändra DNA från levande varelser. Vinnarna
Charpentier och Doudna arbetade självständigt när de snubblade över olika delar av information som senare kom samman för att utvecklas till denna teknik. Charpentier, en biolog som då arbetade på ett laboratorium i Sverige, behövde expertis hos en biokemist för att bearbeta den nya information hon hade fått om de genetiska sekvenserna i en speciell bakterie som hon arbetat på som heter Streptococcus pyogenes.
Hon hade hört talas om Doudnas arbete vid University of California, Berkeley, och de två råkade träffas vid en vetenskaplig konferens i Puerto Rico 2011, enligt ett konto som publicerades på Nobelprisets webbplats. Chapentier föreslog ett samarbete, vilket Doudna gick med på. Deras forskargrupper samarbetade sedan över långa avstånd under nästa år. Inom ett år hade de kunnat komma ut med en revolutionerande teknik för genredigering.
Flera andra forskare och forskargrupper gjorde också viktiga bidrag i utvecklingen av denna teknik. Någon som Virginijus Siksnys, en biokemist som arbetar vid Vilnius universitet i Litauen, är allmänt erkänd som en meduppfinnare av denna teknik. Faktum är att Siksnys delade 2018 års Kavli-pris i nanovetenskap med Doudna och Chapentier för denna teknik. Men de två kvinnornas avgörande bidrag är obestridligt. Deras prestation har uppmärksammats genom flera prestigefyllda utmärkelser under de senaste åren, inklusive Breakthrough Prize in Life Sciences 2015 och Wolf Prize in Medicine tidigare i år.
Det har förekommit en del sorl i forskarvärlden om att Kemi Nobel har gått till biologer. Men detta är tydligen inget nytt fenomen. Kemins centrala roll inom biovetenskap – på molekylär nivå är biologi i huvudsak kemi – har säkerställt att ett ökande antal Nobelpriser nyligen har delats ut för arbete inom biokemi. Faktum är att en forskningsartikel som publicerades tidigare i år har påpekat denna gradvisa förändring av kemiprisets karaktär. Enligt Chemistry World, en nyhetstidning publicerad av Royal Society of Chemistry, hade 59 av de 189 forskare som hittills belönats med Chemistry Nobel arbetat inom biokemi. Detta var mer än någon annan gren av kemin.
Läs också | Nobelpriserna för Fysik och Medicin
Rick grimes nettovärde
Etiska bekymmer
I november 2018 skapade en kinesisk forskare i Shenzen internationell sensation med sitt påstående att han hade förändrat generna hos ett mänskligt embryo som så småningom resulterade i att tvillingflickor föddes. Detta var det första dokumenterade fallet av en 'designerbaby' som producerades med de nya genredigeringsverktygen som CRISPR, och väckte exakt den sortens etiska farhågor som forskare som Doudna har talat om.
När det gäller de kinesiska tvillingarna redigerades generna för att säkerställa att de inte blir infekterade med HIV, viruset som orsakar AIDS. Denna speciella egenskap skulle sedan ärvas av deras efterföljande generationer också. Oron var inte över anledningen till att tekniken användes lika mycket som etiken att producera spädbarn med särskilda genetiska egenskaper. Forskare påpekade att problemet i detta fall, potentiell infektion av HIV-virus, redan hade andra alternativa lösningar och behandlingar. Vad som gjorde saken värre var att genredigeringen troligen gjordes utan något myndighetstillstånd eller tillsyn. Andra påpekade också att även om CRISPR-tekniken var otroligt exakt, var den inte 100 procent korrekt, och det är möjligt att vissa andra gener också kan förändras av misstag.
Doudna har själv kämpat för utvecklingen av internationella regler och riktlinjer för användningen av CRISPR-teknologi, och har förespråkat en allmän paus av den här typen av applikationer tills dess.
Dela Med Dina Vänner:
