CRISPR Gene Editing and Disease
Оглавление:
- Как работает редактирование генов
- Лечение взрослых и детей, а не эмбрионов
- Профилактика заболеваний человека косвенно
Теперь, когда ген-редактирующий джинн вышел из бутылки, что бы вы хотели вначале?
Младенцы с «прекрасными» глазами, сверхсовременным интеллектом и прикосновением харизмы кинозвезды?
РекламаРекламаИли мир, свободный от болезней … не только для вашей семьи, но и для каждой семьи в мире?
Основываясь на последних событиях, многие ученые работают над этим.
В начале этого месяца ученые из Университета здравоохранения и науки штата Орегон использовали инструмент для редактирования генов, чтобы исправить болезнетворную мутацию у эмбриона.
РекламаМетод, известный как CRISPR-Cas9, зафиксировал мутацию в ядерной ДНК эмбрионов, которая вызывает гипертрофическую кардиомиопатию, общее состояние сердца, которое может привести к сердечной недостаточности или сердечной смерти.
Это первый случай, когда этот инструмент для редактирования генов был протестирован на человеческих яйцах клинического качества.
РекламаРекламаЕсли бы один из этих эмбрионов был имплантирован в матку женщины и позволил полностью развиться, ребенок был бы свободен от вызывающего болезни изменения гена.
Этот тип полезных изменений также будет передан будущим поколениям.
Ни один из эмбрионов в этом исследовании не был имплантирован или не разрешен. Но успех эксперимента дает представление о потенциале CRISPR-Cas9.
Тем не менее, будем ли мы когда-либо в состоянии генно редактировать наш мир, свободный от болезней?
Как работает редактирование генов
По данным Фонда генетической болезни, существует более 6 000 человеческих генетических нарушений.
РекламаРекламаУченые теоретически могут использовать CRISPR-Cas9 для коррекции любых этих заболеваний у эмбрионов.
Для этого им понадобится соответствующий фрагмент РНК для нацеливания соответствующих участков генетического материала.
Фермент Cas9 режет ДНК в этом месте, что позволяет ученым удалять, восстанавливать или заменять определенный ген.
РекламаНекоторые генетические заболевания, однако, могут быть легче лечить с помощью этого метода, чем другие.
«Большинство людей сосредотачиваются, по крайней мере на начальном этапе, на заболеваниях, где действительно присутствует только один ген - или ограниченное количество генов, - и они действительно хорошо поняты», - говорит Меган Хохштрассер, PhD, научный менеджер по коммуникациям Инновационный институт геномики в Калифорнии, рассказал Healthline.
РекламаРекламаЗаболевания, вызванные мутацией в одном гене, включают заболевание серповидноклеток, кистозный фиброз и болезнь Тэй-Сакса. Они затрагивают миллионы людей во всем мире.
Эти виды болезней, однако, намного превосходят такие болезни, как сердечно-сосудистые заболевания, диабет и рак, которые ежегодно убивают миллионы людей по всему миру.
Генетика - наряду с факторами окружающей среды - также способствует ожирению, психическим заболеваниям и болезнью Альцгеймера, хотя ученые все еще работают над пониманием того, как именно.
РекламаВ настоящее время большинство исследований CRISPR-Cas9 фокусируются на более простых заболеваниях.
«Существует много вещей, которые нужно разрабатывать с помощью технологии, позволяющей ей добраться до места, где мы могли бы когда-либо применять его к одному из тех полигенных заболеваний, в которых участвуют множественные гены, или один ген имеет множественные эффекты, - сказал Хохштрассер.
РекламаРекламаЛечение взрослых и детей, а не эмбрионов
Хотя «дизайнерские дети» получают много внимания со стороны средств массовой информации, многие исследования CRISPR-Cas9 сосредоточены в других местах.
«Большинство людей, которые работают над этим, не работают в человеческих эмбрионах», - сказал Хохштрассер. «Они пытаются понять, как мы можем разрабатывать методы лечения людей, у которых уже есть болезни. «
Эти виды лечения могли бы принести пользу детям и взрослым, которые уже живут с генетическим заболеванием, а также людям, у которых развивается рак.
Этот подход может также помочь от 25 до 30 миллионов американцев, которые имеют одно из более чем 6 800 редких заболеваний.
«Редактирование генов - действительно мощный вариант для людей с редким заболеванием», - сказал Хохштрассер. «Теоретически вы можете провести клиническое испытание фазы I со всеми людьми в мире, которые имеют определенное [редкое] состояние и вылечат их всех, если они сработают. «
Редкие заболевания поражают менее 200 000 человек в Соединенных Штатах в любой момент времени, а это означает, что фармацевтическим компаниям меньше стимулов для разработки лечения.
Эти менее распространенные заболевания включают кистозный фиброз, болезнь Хантингтона, мышечные дистрофии и некоторые виды рака.
В прошлом году исследователи из Калифорнийского университета в Беркли добились успехов в разработке терапии ex vivo - где вы вынимаете клетки из человека, модифицируете их и возвращаете обратно в организм.
Это лечение предназначалось для лечения серповидноклеточных заболеваний. В этом состоянии генетическая мутация заставляет молекулы гемоглобина склеиваться, что деформирует эритроциты. Это может привести к закупорке кровеносных сосудов, анемии, боли и органной недостаточности.
Исследователи использовали CRISPR-Cas9 для генетического проектирования стволовых клеток, чтобы исправить мутацию серповидноклеточной болезни. Затем они вводили эти клетки в мышей.
Стволовые клетки мигрировали в костный мозг и превратились в здоровые эритроциты. Через четыре месяца эти клетки все еще можно было найти в крови мышей.
Это не лекарство от этой болезни, потому что тело будет продолжать делать эритроциты, которые имеют мутацию серповидноклеточных заболеваний.
Но исследователи считают, что если в костном мозге укоренится достаточное количество здоровых стволовых клеток, это может уменьшить тяжесть симптомов болезни.
Требуется дополнительная работа, прежде чем исследователи смогут проверить это лечение у людей.
Группа китайских исследователей в прошлом году использовала подобную технику для лечения людей с агрессивной формой рака легких - первого клинического испытания такого рода.
В этом исследовании исследователи модифицировали иммунные клетки пациентов, чтобы отключить ген, который участвует в остановке иммунного ответа клетки.
Исследователи надеются, что после инъекции в организм генетически отредактированные иммунные клетки станут сильнее атаковать раковые клетки.
Эти виды терапии могут также работать на другие заболевания крови, раковые заболевания или проблемы с иммунитетом.
Но некоторым болезням будет сложнее лечить этот путь.
«Если у вас расстройство мозга, например, вы не можете удалить чей-то мозг, сделать редактирование генов, а затем вернуть его обратно», - сказал Хохштрассер. «Поэтому нам нужно выяснить, как получить эти реагенты в тех местах, где им нужно быть в теле. «
Профилактика заболеваний человека косвенно
Не каждое заболевание человека вызвано мутациями в нашем геноме.
Врожденные болезни, такие как малярия, желтая лихорадка, лихорадка денге и сонная болезнь убивают более 1 миллиона человек во всем мире каждый год.
Многие из этих болезней передаются москитами, а также клещами, мухами, блохами и пресноводными улитками.
Ученые работают над тем, как использовать редактирование генов, чтобы уменьшить количество этих заболеваний для здоровья людей во всем мире.
«Мы могли бы избавиться от малярии инженерами-комарами, которые не могут передать паразита, который вызывает малярию», - сказал Хохштрассер. «Мы могли бы сделать это, используя технику CRISPR-Cas9, чтобы очень быстро продвигать эту черту через всю популяцию комаров. «
Исследователи также используют CRISPR-Cas9 для создания« дизайнерских »продуктов.
DuPont недавно использовал редактирование генов для производства нового разновидности восковой кукурузы, которая содержит большее количество крахмала, который используется в пищевой промышленности и промышленности.
Модифицированные культуры также могут помочь уменьшить количество смертей из-за недоедания, что составляет почти половину всех смертей во всем мире у детей в возрасте до 5 лет.
Ученые могут потенциально использовать CRISPR-Cas9 для создания новых сортов продуктов, устойчивых к вредителям, засухоустойчивые или содержат больше микроэлементов.
Одним из преимуществ CRISPR-Cas9 по сравнению с традиционными методами селекции растений является то, что он позволяет ученым вставлять один ген из родственного дикого растения в одомашненный сорт без других нежелательных признаков.
Редактирование генов в сельском хозяйстве также может двигаться быстрее, чем исследования в людях, потому что нет необходимости в течение лет лабораторных, животных и человеческих клинических испытаний.
«Даже несмотря на то, что растения растут довольно медленно, - сказал Хохштрассер, - на самом деле быстрее получить [генно-инженерные растения] в мире, чем делать клинические испытания у людей. «
Безопасность и этические проблемы
CRISPR-Cas9 - мощный инструмент, но также вызывает ряд проблем.
«Сейчас очень много обсуждений о том, как лучше всего обнаружить так называемые« внецелевые эффекты », - сказал Хохштрассер. «Это то, что происходит, когда белок [Cas9] режет где-то, похожий на то, где вы хотите его сократить. «
Отклонение от цели может привести к неожиданным генетическим проблемам, которые вызывают замирание эмбриона.Изменение в неправильном ген может также создать совершенно новое генетическое заболевание, которое будет передано будущим поколениям.
Даже при использовании CRISPR-Cas9 для модификации комаров и других насекомых возникают проблемы с безопасностью - например, что происходит, когда вы делаете крупномасштабные изменения экосистемы или черты населения, которое выходит из-под контроля.
Существует также много этических проблем, связанных с изменением эмбрионов человека.
Так будет ли CRISPR-Cas9 избавить мир от болезней?
Нет сомнений в том, что во многих заболеваниях он будет иметь значительную вмятину, но вряд ли он скоро вылечит их всех.
У нас уже есть инструменты для предотвращения генетических заболеваний - например, раннего генетического скрининга плодов и эмбрионов - но они не используются повсеместно.
«Мы по-прежнему не избегаем тонны генетических заболеваний, потому что многие люди не знают, что они питают мутации, которые могут быть унаследованы», - сказал Хохштрассер.
Некоторые генетические мутации также происходят спонтанно. Это связано со многими видами рака, которые являются следствием экологических факторов, таких как УФ-лучи, табачный дым и некоторые химические вещества.
Люди также делают выбор, который увеличивает риск сердечных заболеваний, инсульта, ожирения и диабета.
Поэтому, если ученые не смогут использовать CRISPR-Cas9 для поиска лечения этих заболеваний образа жизни - или генетически инженеров, чтобы бросить курить и начать ездить на велосипеде, - эти болезни будут задерживаться в человеческом обществе.
«Такие вещи всегда будут нуждаться в лечении», - сказал Хохштрассер. «Я не думаю, что было бы реально думать, что мы никогда не допустим, чтобы всякая болезнь происходила у человека. «
