Gen-Editing war Gegenstand von Science-Fiction-Geschichten, seit Wissenschaftler seine Rolle als Code für die Entwicklung allen Lebens auf der Erde entdeckt haben. Die Popkultur verwendet seit Jahrzehnten DNA-Mutationen, um Superkräfte und Tiermutationen zu erklären - legendäres Comic-BuchSuperheld Spider-Man hat seine spinnenähnliche Stärke und seine Web-Slinging-Fähigkeiten durch einen radioaktiven Spinnenbiss erhalten. Diese Geschichte ist natürlich extrem weit hergeholt, aber Wissenschaftler lernen jeden Tag mehr und mehr über Gen-Editing und wie es möglicherweise sein könnteIn den letzten 30 Jahren haben Wissenschaftler eine Methode untersucht, mit der Bakterien Krankheiten abwehren können, die als CRISPR Clustered Regularly Interspaced Short Repeats bezeichnet wird, und nach Wegen gesucht, wie sie Menschen bei der Bekämpfung lebensbedrohlicher und unheilbarer Krankheiten helfen können.
Was ist Genombearbeitung?
DNA ist ein Code, der in die Grundlage aller Lebewesen auf der Erde geschrieben wurde. Es ist der Prozess, durch den alle Lebewesen wachsen und sich entwickeln. Gen-Editing ist der Prozess, durch den genetisches Material sein kann. hinzugefügt, entfernt oder geändert irgendwo im Code.
Genetische Veränderung ist kein neues Thema - Menschen verändern seit Jahrhunderten das Genom anderer Leben auf der Erde. Von "reinrassigen" Hunden bis hin zur gewöhnlichen Banane kann die selektive Züchtung verwendet werden, um die DNA zu verändern und bestimmte Mutationen auszuwählen, um sie zu beschleunigenoder kehren Sie die sehr langsame Arbeit der Evolution um. Während "Gentechnisch veränderter Organismus" zu einem Schreckenswort geworden ist, das von der Industrie zum Verkauf von "Bio-Lebensmitteln ohne GVO" verwendet wird, wurden technisch fast alle vom Menschen konsumierten Lebensmittel durch diesen Prozess genetisch verändertAlle Obst- und Gemüsesorten werden für maximale Größe und ideale Form gezüchtet, und Tiere werden für ihre Fettigkeit und Fügsamkeit gezüchtet.
Selektive Zucht kann jedoch zu erheblichen Problemen führen, wenn sie verantwortungslos verwendet wird. Reinrassige Hunde leiden beispielsweise unter vielen schrecklichen Krankheiten und Schwierigkeiten aufgrund von Inzucht und mangelnder Sorgfalt seitens der Züchterprimitive, langsame Techniken mit versteckten Ergebnissen wie selektiver Züchtung. Stattdessen ersetzt es sorgfältig genau und nur die Gene, die speziell für bestimmte Merkmale identifiziert wurden, durch eine andere Sequenz, die die Zelle schützt, anstatt sie anzugreifen.
Diese Technik hat beim Menschen sehr offensichtliche Verwendungszwecke, wie z. B. kosmetische Veränderungen der Augenfarbe und -größe oder sogar praktische Bedenken wie die körperliche Vitalität. Wissenschaftler sind jedoch noch weit davon entfernt, genetische Sequenzen zu bearbeiten, um diese Merkmale zu erzeugen.Derzeit wird die Gen-Bearbeitung hauptsächlich zu Forschungszwecken eingesetzt, um einer Zukunft voller perfekter Menschen näher zu kommen.
CRISPRs sind eine bestimmte Art von Gensequenzen, die bei der Geneditierung verwendet werden und kleine Räume in DNA-Sequenzen schaffen, die als Abwehr gegen schädliche Mutationen dienen. Wenn ein Virus oder eine störende Mutation im Genom auftreten würde, könnte die CRISPR-Sequenz dies tunhör auf, bevor es sich ausdehnt.
Wie funktioniert CRISPR-Cas9?
DNA ist äußerst kompliziert, und das Finden und Bearbeiten vieler spezifischer Sequenzen, um große Änderungen zu erzeugen, ist immer noch eine Aufgabe, zu der nur die Evolution fähig ist. Das Einfügen von Änderungen in eine Zelle ist jedoch eine überschaubare Aufgabe. Vor CRISPRs mussten Wissenschaftler diese verwendenteure und schwer herzustellende Proteine, sogenannte ZFNs und TALENs. Diese Proteine mussten für jedes Projekt neu erstellt werden, und ihre Erstellung war mühsam und manchmal fehlgeschlagen. Wenn das Experiment nicht erfolgreich wäre, würde dies den Verlust von Tausenden von Dollar und a bedeutenCRISPRs lassen sich jedoch relativ einfach und kostengünstig in einem Labor erstellen, was sie zu einem idealen Ersatz für frühere Methoden macht.
Wissenschaftler erstellen eine RNA-Sequenz, die Cas9, ein Enzym, in den Zellkern führt, um sehr spezifische Teile der DNA zu entfernen oder zu bearbeiten, die aufgrund von Viren oder Krankheiten vorhanden wären. Die Zellmembran wird verletzt, normalerweise mit einem kleinen Stromstoßund die RNA wird inseriert. Die RNA-Sequenz führt das Cas9-Enzym direkt zum störenden DNA-Strang und das Enzym schneidet die DNA ab, so dass es keine Chance zur Replikation hat. Die Zelle repariert sich dann automatisch selbst - und verlässt diesynthetische Struktur anstelle der jetzt gelöschten DNA. Die neue Sequenz dient als Verteidigung gegen dieselbe beleidigende DNA, die versucht, sich wieder einzufügen. Wenn die neue Sequenz dies bemerkt, wird Cas9 automatisch angewiesen, sie auszuschneiden.
Auf diese Weise erfolgt die Geneditierung nicht nur als Reaktion auf tödliche Krankheiten, sondern um die Verwundbarkeit des Genoms effektiv vollständig zu beseitigen. Da die neuen Sequenzen keine Repräsentation außerhalb der Zellstruktur haben, wirken sie einfach so, dass sie dieZelle "schlauer" und besser in der Lage, sich gegen Bedrohungen zu verteidigen.
Praktische Anwendungen des Prozesses
Bisher war die praktischste Anwendung der CRISPR-Sequenzen die Untersuchung der Genetik. Mit dieser Methode können Wissenschaftler leicht erkennen, wie sich kleine Änderungen der DNA auf einzellige Organismen oder Bakterien auswirken. Diese Forschung wird mit der Hoffnung durchgeführt, dassEs wird eines Tages in der Lage sein, eine äußerst wichtige Genomtherapie durchzuführen, die Leben retten könnte. Potenzielle Eltern können ihre DNA testen lassen, um festzustellen, ob sie Träger von Krankheiten sind, die durch Gentherapie möglicherweise geheilt werden können. Wenn eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass aDas Baby würde diese Krankheiten entwickeln. CRISPRs können während der In-vitro-Fertilisation verwendet werden, um zu verhindern, dass die Krankheit jemals Teil der DNA-Sequenz des sich entwickelnden Babys wird. Dies verhindert nicht nur, dass das Kind diese Krankheiten entwickelt, sondern könnte sie auch verhindernTräger zu sein, was den Genpool wesentlich resistenter macht.
Weitere fantastische Ideen zur Verwendung der Gen-Bearbeitung sind noch weit entfernt. Diese Methode eignet sich sehr gut zum Löschen einzelner Codezeilen, die durch Viren und Mutationen verursacht werden, die leicht zu erkennen sind. Die Faktoren, auf die es ankommtDinge wie Intelligenz und körperliche Stärke gehen weit über die Bearbeitung einzelner Zeilen hinaus. Diese Art von Änderungen mag die Zukunft der Gentherapie sein, aber bis wir ein perfektes Verständnis für die vielen Wechselwirkungen haben, die verschiedene DNA-Sequenzen miteinander haben und diese Änderungen vornehmenkann so schwierig und gefährlich sein wie selektive Zucht. Bis diese Methoden perfektioniert sind, werden "Designer-Babys" immer noch eine Science-Fiction-Sache sein.
Via : ThoughtCo , Genetics Home Reference , Genom