Sie Haben Das Tier Befreit. Aufgedeckte Unerwartete Folgen Der Gentechnik - Alternative Ansicht

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Anonim

Die Gen-Editing-Technologie unter Verwendung des CRISPR-Cas9-Systems kann zu vielen unerwünschten Mutationen führen. Zu diesem Schluss kamen Wissenschaftler des Columbia University Medical Center. "Lenta.ru" spricht über eine neue Studie, deren Ergebnisse in der Zeitschrift Nature Methods veröffentlicht wurden.

CRISPR / Cas9 ist ein molekularer Mechanismus, der in Bakterien vorhanden ist und es ihnen ermöglicht, Viren mit Bakteriophagen zu bekämpfen. CRISPRs sind "Kassetten" innerhalb der DNA eines Mikroorganismus, die aus sich wiederholenden Abschnitten und einzigartigen Sequenzen bestehen, die als Spacer bezeichnet werden. Letztere sind Fragmente viraler DNA. Im Wesentlichen kann CRISPR als eine Datenbank betrachtet werden, die Informationen über die Gene von Krankheitserregern enthält. Das Cas9-Protein verwendet diese Informationen, um fremde DNA korrekt zu identifizieren und sie durch Schneiden an einer bestimmten Stelle unschädlich zu machen.

Die Genauigkeit von CRISPR / Cas9 ermöglicht die Verwendung als Werkzeug zur Bearbeitung von Genen, das wesentlich effizienter ist als frühere Methoden. Die Forscher legen eine DNA-Kassette mit dem Cas9-Protein-Gen und einer Region, die für ein spezielles Targeting-RNA-Molekül (sgRNA) kodiert, in die Zelle ein, in deren Genomänderungen vorgenommen werden sollen. Letzteres kann sich an eine bestimmte Stelle im Genom anlagern und Cas9 anzeigen, wo geschnitten werden soll. Sie können dann das gewünschte Gen oder die Gruppe von Genen in die Lücke einfügen und eine modifizierte Zelle erstellen.

Der Vorteil von CRISPR / Cas9 besteht darin, dass präzise Änderungen vorgenommen werden können, wodurch die Anzahl unerwünschter Schnitte (Off-Target-Effekte) in anderen Teilen des Genoms verringert wird. Darüber hinaus spart es Zeit und Geld - im Gegensatz zu anderen weit verbreiteten Methoden, bei denen Nukleaseenzyme verwendet werden. Das CRISPR-System eignet sich besser für Situationen, in denen mehrere defekte Gene gleichzeitig korrigiert werden müssen, da nur die entsprechende sgRNA synthetisiert werden muss. Im Fall von Nukleasen ist es für jede spezifische DNA-Stelle notwendig, ein eigenes spezifisches Enzym zusammenzusetzen, das länger und teurer ist.

CRISPR / Cas9 Künstlerische Bildquelle: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT
CRISPR / Cas9 Künstlerische Bildquelle: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT

CRISPR / Cas9 Künstlerische Bildquelle: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT

Die Technologie wurde schnell populär, nicht nur unter Wissenschaftlern, sondern auch in der Populärkultur. Zum Beispiel erscheint es in der Handlung einiger Episoden der neuen Staffel von The X-Files als Massenvernichtungswaffe. Der Direktor des US-Geheimdienstes, James Clapper, äußerte ebenfalls seine Besorgnis darüber, dass Gentechnik eine Bedrohung darstellt. Jede Technologie ist jedoch gefährlich, wenn sie falsch verwendet wird. Beispielsweise führt der unfähige und häufige Einsatz von Antibiotika, die Hunderttausenden Menschen das Leben gerettet haben, zur Entstehung antimikrobiell resistenter Superbugs.

Trotz der Fiktion kann CRISPR / Cas9 allein wie Antibiotika nicht als Waffe zur Zerstörung von Menschen eingesetzt werden. Sie können jedoch modifizierte Organismen wie Mücken erzeugen, die das defekte Gen in ihrer Population verbreiten, was zu einem starken Rückgang der Anzahl blutsaugender Insekten führen kann. Biologen fordern, bei solchen Anwendungen äußerst vorsichtig zu sein.

Immunzellen greifen das Krebswachstum an Foto: Steve Gschmeissner / Science Photo Library
Immunzellen greifen das Krebswachstum an Foto: Steve Gschmeissner / Science Photo Library

Immunzellen greifen das Krebswachstum an Foto: Steve Gschmeissner / Science Photo Library

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Gleichzeitig glauben viele Biotechnologien, dass die Technologie es ermöglichen wird, gefährliche Krankheiten, einschließlich solcher, die durch genetische Ursachen verursacht werden, erfolgreich zu behandeln. Zum Beispiel hatte China Ende 2016 bereits mit der Behandlung von aggressivem Lungenkrebs experimentiert. Die Immunzellen des Patienten wurden entfernt und das Gen, das den Kampf gegen bösartige Tumoren unterdrückt, wurde ausgeschaltet. Das Genommodifikationsverfahren war erfolgreich und die Zellen wurden wieder in den Körper des Patienten eingeführt.

CRISPR / Cas9 hat seine Nachteile. Somit verliert durch molekulare "Schere" gebrochene DNA einen Teil der Sequenz, was die "Punkt" -Editierung verhindert, dh den Ersatz eines einzelnen Nukleotids. Biotechnologen schaffen verbesserte Versionen des Systems, indem sie diese Einschränkungen überwinden. Beispielsweise haben südkoreanische Forscher das Cas9-Enzym mit einem anderen Protein, der Cytidin-Desaminase, kombiniert. Dies lehrte CRISPR / Cas9, Einzelnukleotidsubstitutionen vorzunehmen.

Es gibt jedoch ein anderes Problem. Tatsache ist, dass diese Technologie auch unerwünschte Mutationen hervorrufen kann, und Wissenschaftler wissen noch nicht vollständig, wie dies beseitigt werden kann. Bei der Behandlung von Menschen ist das Risiko immer noch unangemessen hoch: Nebenveränderungen im Genom können die Gesundheit erheblich beeinträchtigen.

Bestimmte Algorithmen können vorhersagen, wo im Genom unnötige Ersetzungen vorgenommen werden können. Sie funktionieren sehr gut, wenn CRISPR einzelne Zellen oder Gewebe verändert, werden jedoch nicht für lebende Organismen verwendet.

CRISPR / Cas9-Struktur Foto: Ian Slaymaker / Broad Institute
CRISPR / Cas9-Struktur Foto: Ian Slaymaker / Broad Institute

CRISPR / Cas9-Struktur Foto: Ian Slaymaker / Broad Institute

Zum Beispiel haben Biotechnologen der Columbia University Technologien eingesetzt, um Mutationen zu entfernen, die eine Retinitis pigmentosa auslösen. Hierzu wurden dem Patienten Hautzellen entnommen und in Stammzellen umprogrammiert. Der Defekt wurde dann mit einer CRISPR-Kassette behoben. Solche modifizierten Zellen können in Netzhautzellen umgewandelt und in einen Patienten transplantiert werden, um das Sehvermögen wiederherzustellen.

Darüber hinaus schufen dieselben Wissenschaftler gentechnisch veränderte Mäuse, denen im Zygotenstadium CRISPR injiziert wurde. Die Forscher sequenzierten dann (bestimmten die Nukleotidsequenz) das gesamte Genom der Mäuse. Obwohl CRISPR erfolgreich ein Gen korrigierte, bei dem der Defekt Blindheit verursachte, führte es auch über 1.500 Einzelnukleotidmutationen und über 100 Deletionen (Deletionen von kurzen Abschnitten) und Insertionen ein. Keine dieser unerwünschten Änderungen wurde durch Computeralgorithmen vorhergesagt.

Genommodifikation ist ein guter Weg, um derzeit unheilbare Erbkrankheiten zu behandeln. Laut Stephen Tsang halten es er und seine Co-Autoren für wichtig, dass sich Gentechniker der potenziellen Gefahren unerwünschter Mutationen bewusst sind, die bei der Bearbeitung von DNA auftreten. Solche Mutationen umfassen sowohl Nucleotidsubstitutionen in den codierenden Regionen des Genoms als auch in nicht codierenden Regionen, in denen sich regulatorische Elemente befinden (sie steuern die Aktivität von Genen).

Trotz der Mutationen machten sich die Mäuse gut. Biotechnologen bleiben hinsichtlich der Gentherapie optimistisch, da jede medizinische Intervention Nebenwirkungen hat. Sie müssen nur wissen, was sie sind. In Zukunft wird dies die Technologie verbessern, um Effekte außerhalb des Ziels zu minimieren.

Alexander Enikeev

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