Forskere Find genredigering med CRISPR, der er svært at modstå

Hacking det menneskelige genom har længe lavet for stor science fiction teater, fordi det altid har virket fantastisk umuligt, og det giver sig så let til uhyggelige plotlines.

Men siden forskere lykkedes at kortlægge det menneskelige genom i 1990'erne, virker genetisk ingeniørvirksomheder mindre som fiktion og mere som det medicinske forsknings formodede endepunkt.

Vi frygter stadig at tinker med det menneskelige genom på arvelige måder, selvom der anvendes genteknik til behandling af mennesker, der er syge, begynder at gøre reelle fremskridt. Det er ulovligt at redigere arveligt DNA i mange lande, men ikke i USA. Men vi har forladt diskussionen om de etiske implikationer, og reguleringens møtrikker og bolte skal udarbejdes som teknologien går i rækkevidde.

Men i 2012 syntes det, at det kun var en fremtidig mulighed, der blev en umiddelbar dilemma.

Det var da University of California molekylærbiolog Jennifer Doudna, Ph.D., og nogle kolleger skitserede en ny genteknisk teknik kaldet CRISPR-Cas9 i et papir i tidsskriftet Science. Kort sagt, teknologien tillader en videnskabsmand at skille problematiske stykker af DNA, en procedure med stort potentiale til at helbrede ødelæggende genetiske sygdomme som Huntingtons.

reklame

Teknikken er let nok, at enhver biolog, der følte sig så tilbøjelig, kunne "redigere" den genetiske sminke af et humant embryo og implantere det til en kvinde ved brug af in vitro fertilisering (IVF). Denne ændring ville gå ind i genpoolen en gang for alle.

En række grupper har rejst alarmen om, at det nu er tid. Det er ikke længere science fiction. Dr. George Daley, Harvard Medical Center

CRISPR-Cas9 kunne også potentielt omprogrammere de gener, der forårsager genetiske sygdomme som sicklecelleanæmi og Huntingtons sygdom, der lovede en helbredt helbredelse.

advertisementAdvertisement

Forskere og regulatorer har krypteret for at indhente.

"I betragtning af at problemerne med at kunne modificere et genom, især et embryo, nu er meget mere umiddelbare og mere relaterede, er det derfor, at en række grupper har rejst alarmen om, at det nu er tid. Det er ikke længere science fiction ", siger Dr. George Daley, Ph.D., en stamcellebiolog ved Harvard Medical Center.

Men kritikere siger processen, der styrer, om og hvordan vi vil ændre vores menneskelige genetiske arv, er slapdash, ekskluderende og besmittet af løfte om fortjeneste for dem, der kunne drage fordel af en kur mod kræft eller en genetisk sygdom - eller fra en løsning for nogle subjektivt uønskede genetiske egenskaber.

Læs mere: Harvard, MIT Gør CRISPR-genredigeringsværktøj mere kraftfuldt

Et Eureka Moment

Teknisk har det været muligt at redigere humant DNA siden midten af ​​1970'erne, da Paul Berg, Ph.D., dyrket humant DNA i E. coli bakterier i hans Stanford lab. Men de tidlige metoder var arbejdskrævende og upålidelige.

AnnonceAdvertisement

Doudna (udtalte DOWD-na) kom ind i debatten om menneskelig ingeniørvirksomhed ved et uheld. En ekspert på RNA, hun var blevet indkaldt til at hjælpe nogle kolleger med at undersøge, hvordan bakterier kæmper for virus.

Det blev gradvis klart, at bakterier identificerer og målretter bit af viralt DNA ved anvendelse af en proces kaldet CRISPR-Cas9. Første gang en bakterie møder en virus, gemmer den en smule af dets DNA. Senere tjener det DNA som en "mest ønsket" plakat. Hvis bakterien løber ind i den samme virus igen, angriber den den ved at udrydde det velkendte DNA-mønster.

Doudna og hendes kolleger indså hurtigt, at forskere kunne piggyback på bakterieprocessen for at redigere DNA - hvad enten det tilhørte en virus, en landbrugsvirksomhed eller et menneske.

Annonce

"Jeg troede, wow, hvis dette kunne fungere i dyr eller planteceller, kunne dette være et meget, meget nyttigt og meget kraftfuldt værktøj. Ærligvis forstod jeg ikke engang på det tidspunkt, hvor magtfulde, "Doudna fortalte NPR i et interview i 2014. (Hun afviste Healthlines anmodning om et interview og citerede sin professionelle rejseplan.)

Kraften i den nye tilgang gik ikke ubemærket.

AnnonceAdvertisement

I foråret offentliggjorde kinesiske forskere, der havde brugt CRISPR-Cas9-metoden på humane embryoner, deres resultater i en amerikansk journal.

Embryoerne var ikke-gunstige, og tilgangen fungerede ikke så godt som forventet, men rapporten sendte en alarmbølge gennem det videnskabelige samfund og afslørede, hvor stærkt fristelsen var at anvende CRISPR til at ændre arvelig human DNA.

I løbet af dage efter offentliggørelsen annoncerede et hold ved University of California, San Diego (UCSD), succes ved hjælp af CRISPR på frugtfly. De ændrede generne af et par parrende frugtfly, idet de sikrede, at det træk, de havde indsat, ville blive overført til alle afkom. Denne form for genteknologi kaldes "gen drive. "

Annonce

UCSD-forskerne forestillede sig at bruge fremgangsmåden til at lave bedre mus og frugtfly til forskning, men konsekvenserne var klare: Vi kunne hurtigt ændre en hel art, herunder os selv, ved hjælp af CRISPR.

Bare i sidste uge anmodede britiske forskere om tilladelse fra Storbritanniens Human Fertilization & Embryology Authority til at redigere genomerne af menneskelige embryoner gemt i fertilitetsklinikker. De planlægger at bruge levedygtige embryoner, men lover ikke at implantere dem, efter at de er blevet ændret.

AnnonceAdvertisement

Læs mere: Ny teknologi gør det muligt for forskere at målrette hiv, kræftceller »

Se for fortiden at håndtere futuristisk teknologi

I mellemtiden har Doudna og andre videnskabsmænd, etikere og advokater begyndt at kæmpe med CRISPR's etiske udfordringer.

I januar mødte Doudna og en lille gruppe troende i USA i Napa, Californien, for at diskutere hvad de skulle gøre ved geni, som de ville slippe ud af flasken.Paul Berg, der var pioner inden for genteknologi med sin 1975 opdagelse af rekombinant DNA, var der.

Gruppen tog sit bud fra konferencen Berg organiseret i 1975 på Asilomar Conference Grounds, lige udenfor Monterey, Californien, for at afgøre, hvordan videnskaben ville fortsætte med genteknologi. Det møde er bredt udbredt som bevis for, at forskere sikkert kan klare kontroversielle og potentielt destruktivt redskaber.

I foråret offentliggjorde flere deltagere i Napa-mødet - herunder Doudna, Berg og Harvard's Daley - et positionsstykke, der hævdede, at CRISPR ikke skulle anvendes på reproduktiv DNA eller kimplansceller. Men de sagde, at laboratorieundersøgelser skulle fortsætte.

I slutningen af ​​dette år vil en international videnskabelig hjerneforlindelse konvergere på Washington, D. C., for at begynde at skitsere en plan for mulige grænser for CRISPR. Anstrengelsen er forløbet fremad, hvilket afspejler spørgsmålet.

Men som det eneste indbydende topmøde, sponsoreret af De Nationale Akademier for Videnskab, Teknologi og Medicin og dets britiske og kinesiske kolleger, kommer kritikere til at hævde, at det er dømt til at mislykkes, fordi det udelukker centrale spørgsmål og mulighed for offentlig kommentar.

De nationale akademier siger, at der vil være begrænsede pladser for medlemmer af offentligheden.

Hvis CRISPR repræsenterer "et tidevandsskift i forhold til den måde, vi tænker på os selv som væsener", som Daley lægger det til, hvad er den bedste måde at beslutte et sådant vigtigt spørgsmål på?

Sheila Jasanoff, Ph.D., en professor i videnskab og teknologi studier på Harvard's Kennedy School, mener, at decembermødet allerede ekko nogle af fejlene fra Asilomar-konferencen.

Forskerne ved Asilomar kigger på produkterne fra tidlig geneteknologi for deres potentiale til at blive anvendt til bioweapons og bekymrer sig især om risikoen for at de kommer ud af laboratoriet.

De forudse ikke, hvad der har vist sig at være en opvarmet og langvarig debat om genetisk modificerede (GM) organismer, som har haft store konsekvenser for landmænd, miljøforkæmpere og agroindustrielle sværvægte som Monsanto.

"I tilbageskridt kan man se den lange, til tider tragiske, kontrovers over GM-afgrøder … som en genåbning af globale borgere af alle de dimensioner af genteknologi, som Asilomar havde udelukket", skrev Jasanoff i en op-ed, der protesterede mod næste generations topmøde om genteknologi.

Læs mere: Få fakta om genomik vs genetik »

Kloning af penge?

Forskerne, der samlet sig på Asilomar, havde lidt at gøre med de kommercielle anvendelser af deres forskning. Men med Bayh-Dole Act fra 1980 fik professorer og universiteter økonomisk interesse i, hvordan deres opdagelser blev kommercialiseret.

Deres kommercielle interesser kan have påvirket deres valg, ikke at overveje spørgsmålet om at anvende CRISPR i landbrugsplanter og dyr på det internationale møde, selv når debatten om dem fortsætter med at simre.

Doudna er involveret i tre af de dusin eller deromkring virksomheder, der allerede har dannet sig i håb om at reklamere for CRISPR genredigering.Et selskab, Caribou Bio, er eksplicit interesseret i landbrugsapplikationer.

Ifølge Pete Shanks, MA, fra Center for Genetik og Samfund, vil landbruget sandsynligvis være en af ​​de første rentable virksomheder for CRISPR, fordi frømodifikation ikke kræver så meget præcision som humanmedicin.

"Så længe du ender med at få et frø, der fungerer, er du ok," sagde Shanks.

Det ville være svært at finde nogen i biotechverdenen, som ikke har nogen interesse, fordi alle hovedpersonerne i denne samtale har det, der ligner interessekonflikter. Marcy Darnovsky, Center for Genetik og Samfund

Men Doudnas økonomiske interesser i hendes opdagelse er mere reglen end undtagelsen.

"Det ville være svært at finde nogen i biotechverdenen, som ikke har nogen interesse, fordi alle hovedpersoner i denne samtale har det, der ligner interessekonflikter," sagde Marcy Darnovsky, Ph D., direktør for Center for Genetik og Samfund. Darnovsky, som vil deltage i Washington-konferencen, ønsker at se genteknik begrænset til medicinske procedurer på enkeltpersoner, ikke arvelige ændringer, der kommer ind i genpoolen.

Michael Kalichman leder Center for Etik og Samfund ved UCSD. Han beskriver Doudnas inddragelse i forretningssiden af ​​hendes arbejde som en del af hendes job som leder af et forskningslaboratorium i en post-Bayh-Dole-verden.

"Dit job er at forsøge at sælge det," sagde han. "Doudna gemmer ikke hendes interesser i det. "

I en rummelig videnskabsmand, læger og universitetsadvokater er alle meninger farvet af penge.

"Vi har kun mennesker, der har økonomiske interesser, som ikke kun træffer beslutninger, der skal anvendes, men de kommer op med de spørgsmål, der skal stilles," sagde Darnovsky.

Kalichman, hvis karriere har "bracketed" Bayh-Dole Act, siger, at loven har resulteret i et hurtigere skift fra ren forskning til kliniske applikationer. Men det giver også plads til bias.

"Spørgsmålet er" Gør systemet af økonomisk interesse en bias mod at se visse ting? "og svaret synes at være ja," sagde han.

Læs mere: DNA-syntetisk vaccine kan beskytte mod MERS-virus »

Pitting Heartstrings Against Hard Science

I deres redaktionelle på CRISPR med titlen" En forsigtig vej fremad for genmodifikation og germline genmodifikation "- Doudna, Daley, Berg og andre siger, at forskere burde undersøge, hvordan CRISPR virker på menneskelige embryoner - så længe ingen implantater de modificerede embryoner.

"De argumenterer for, at redigering af humane kimplansceller (gameter og tidlige embryoner) til forskningsformål bør fortsætte straks, mens en dialog om de sociale og etiske konsekvenser af at anvende modificerede kimceller til at indlede en graviditet er undervejs," sagde Darnovsky af redaktionen.

Yderligere forskning, som argumentet forklarer, vil give os mere information om, hvordan kimlinjemodifikationer fungerer - eller som det kinesiske studie ikke gør.

"De kalder dette" en forsigtig vej fremad ", sagde Darnovsky. "Men det ville være nemt at læse det som:" Hvis vores forskning viser, at vi kan modificere germline sikkert og præcist, vil det være et argument for at fortsætte med at skabe GM mennesker. ''

Det har kun været omkring et årti siden vi først læste det menneskelige genom. Vi bør være forsigtige, før vi begynder at omskrive den. Eric Lander, Bred Institut

Doudna har beskrevet CRISPR som en metode til redigering af de typografier, vi får i naturens kopi tekst. Hendes metafor er beregnet til at gøre en utrolig kompliceret proces forståelig for nonscientists. Men det glanser også over risiciene ved genredigering: Virkeligheden er, at bogen for human genetik er skrevet på et sprog, vi næsten ikke forstår.

"Det har kun været omkring et årti siden vi først læste det menneskelige genom. Vi bør være meget forsigtige, før vi begynder at omskrive den, "Eric Lander, Ph.D., chef for Broad Institute, skrev i sin op-ed på CRISPR.

Det brede institut har konkurreret med Doudnas vestkystslaboratorium for fremskridt i CRISPR og er involveret i en retssag over hvem der har patenterne.

Lander er enig i, at vi ikke bør berøre arvelig DNA, men han gør plads til en "mulig undtagelse for at korrigere alvorlige monogene sygdomsgener i de få tilfælde, hvor der ikke findes noget alternativ. "

Hvad hvis forskningen Doudna fortaler og britiske forskere allerede spørger om at gøre løfter en helbredelse for en ødelæggende genetisk sygdom som Huntingtons ikke fra sag til sag, men ved at eliminere genmutationen helt? Offentligheden vil sandsynligvis kræve adgang til denne kur.

Men hvad hvis der syntes at være en kur, viste sig at have store utilsigtede genetiske bivirkninger, som ikke var tydelige indtil næste generation?

"For at komme fra en strålende observation til noget der hjælper masserne er kompliceret," sagde Jasanoff.