CRISPR Gene Editing and Disease

Теперь, когда ген-редактирующий джинн вышел из бутылки, что бы вы хотели вначале?

Младенцы с «прекрасными» глазами, сверхсовременным интеллектом и прикосновением харизмы кинозвезды?

РекламаРеклама

Или 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.

Реклама

Метод, 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.

РекламаРеклама

Если 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.

РекламаРеклама

Ученые 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.

Реклама

Некоторые 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.

РекламаРеклама

Заболевания, 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.

Реклама

В 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.

РекламаРеклама

Лечение 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. «