I det här blogginlägget tar vi en titt på det aktuella tillståndet för genredigeringsteknik och de etiska och sociala utmaningar den utgör.
Sedan upptäckten av förekomsten av gener har försök att redigera dem pågått. Den första konceptualiseringen av gener inträffade i slutet av 19-talet och början av 20-talet, och vetenskapliga ansträngningar för att förstå deras roll och hur de fungerar har pågått sedan dess. På 1950-talet tog genetiken ett kvantsprång framåt med upptäckten av DNA:s dubbelhelixstruktur och möjligheten till genredigering började diskuteras. På 1970-talet föddes det nya området genteknik, och specifik forskning och experiment för att göra genredigering till verklighet började på allvar. Det har redan använts framgångsrikt för att förbättra livsmedelsproduktiviteten, och det görs fortfarande försök att tillämpa det på olika områden.
Genredigering är processen att skapa nytt rekombinant DNA genom att infoga eller ta bort specifika gener. Denna process är uppdelad i följande steg: skärning, separering, splitsning och replikering av DNA, där det första steget är det viktigaste. Att klippa exakt den del du vill ha är det första steget och nyckeln till genredigering. I den här artikeln tar vi en titt på det förflutna och nuet av denna teknik.
Den första genskärningsteknologin som användes var naturliga restriktionsenzymer. Restriktionsenzymer är enzymer som bakterier producerar när de attackeras av ett virus som kallas en bakteriofag, som injicerar sina egna gener i bakteriens cell och skyddar bakterierna genom att skära av det DNA som bakteriofagen injicerar. Restriktionsenzymer fungerar genom att känna igen en speciell uppsättning sekvenser som kallas palindromer. Varje restriktionsenzym, som härrör från hundratals olika mikroorganismer, har olika igenkänningspalindrom, som kan användas för att skära DNA i önskade sektioner i ett provrör. Användningen av restriktionsenzymer har öppnat dörren till genteknik genom att tillåta människor att skära gener i önskade regioner, men det har också tydliga begränsningar. Restriktionsenzymer som härrör från mikroorganismer känner vanligtvis igen sex sekvenser, och när de appliceras på de stora kromosomerna av högre organismer, skulle de skära DNA:t för ofta, vilket fick cellen att dö. Som ett resultat var tekniken mestadels begränsad till bakterier.
När restriktionsenzymteknologi först introducerades insåg forskare att den kunde användas för att manipulera DNA från många organismer. Särskilt Stanley Cohen och Herbert Boyers experiment från 1973, där de skapade det första rekombinanta DNA:t med denna teknik, öppnade ett nytt kapitel i genteknik. Detta framgångsrika experiment visade att restriktionsenzymer kunde skära gener exakt där de behövdes, vilket banade väg för fri manipulation av gener.
Nästa genskärningsteknik som användes var människans uppfinning av konstgjorda genetiska saxar. Konstgjorda genetiska saxar uppfanns för att lösa problem med skärprocessen av naturliga restriktionsenzymer. En av de vanligaste genetiska saxarna som använts tills nyligen är zinkfingernukleasen. Det har varit under utveckling sedan 1980-talet. Zinkfingernukleas är ett komplex av sex zinkhaltiga fingerliknande proteiner som kallas zinkfingrar och ett nukleas, ett enzym som verkar på 34 nukleinsyror. Zinkfingrarna känner igen och binder till specifika sekvenser, och ett enzym som kallas Fok1 är ansvarigt för att radera bindningsställena. Det är en sorts smutsig bomb. Medan naturliga restriktionsenzymer känner igen sex eller så sekvenser, känner Zinc Finger Nuclease gensaxen igen 18 till 24 baspar. Detta gör att de kan skära genomet på endast en eller två ställen och gör att de kan anpassa de erkända basställena genom att skapa olika varianter av zinkfingret. Detta har gjort genredigering möjlig hos högre djur, inklusive människor, och har lett till genombrott i behandlingen av genetiska sjukdomar genom genredigering.
Konstgjorda genetiska saxar, som Zinc Finger Nuclease, användes från början främst i laboratorieforskning, men deras tillämpningar har sedan dess utökats. Till exempel har de gett betydande bidrag till jordbruket, som att skapa experimentella musmodeller med specifika genetiska defekter för att studera sjukdomar, och förbättra sjukdomsresistensen hos vissa grödor genom genetisk modifiering. Inom området för behandling av genetiska sjukdomar har genredigering öppnat möjligheten att rädda livet på patienter som lider av dödliga genetiska sjukdomar.
Den skärteknik som för närvarande används är den nyligen uppfunna crisper saxen. Förutom Zinc Finger Nuclease har TALE nuclease, RGE nuclease och andra genetiska saxar uppfunnits en efter en, men CRISPR-Cas9 har öppnat ett nytt kapitel inom genteknik med sin överväldigande prestanda. Den uppfanns av forskare vid ett danskt yoghurtföretag, baserat på den adaptiva immunfunktionen hos en sekvens som kallas CRISPR, som de upptäckte när de studerade mjölksyrabakterier som attackerades av bakteriofager. I ett nötskal, när viralt DNA kommer in i en bakterie, skär Cas9-proteinet det och transkriberar sedan ett RNA som kombinerar den skurna virala sekvensen med CRISPR-sekvensen. Nästa gång samma virus attackerar bildar RNA och Cas9 ett komplex som besegrar viruset mycket snabbare än tidigare. Genom att infoga den palindromiska sekvens du vill klippa i CRISPR skapar du ett RNA som fungerar som en guide och kombinerar det med Cas9-proteinet för att skapa en slags genetisk sax. Till skillnad från tidigare genetiska saxar använder denna teknik RNA snarare än protein som en guide.
Crisper-saxen är revolutionerande av flera anledningar. Medan tidigare genetiska saxar krävde skapandet av tusentals artificiella gener för att producera det önskade proteinet, använder CRISPR RNA, som är mycket mindre än protein och kan produceras med enkel sekvensmanipulation, vilket överväldigande minskar produktionskostnaderna och gör massproduktion möjlig. Användningen av RNA förkortar också befruktningsprocessen dramatiskt, vilket tidigare krävde en mycket komplicerad process för att manipulera en organisms gener i embryonala stamcellsstadiet, injicera dem tillbaka i blastocysten, implantera dem igen och verifiera dem. Men med CRISPR är det en mycket enkel process att injicera Cas9 och önskat RNA i ett befruktat ägg. Detta har gett människor möjligheten att manipulera generna från nästan vilken organism som helst, inklusive oss själva. Detta har gjort tidigare ouppnåelig forskning genomförbar tack vare ökad effektivitet och priskonkurrenskraft, och har lett till stora företagsinvesteringar i genteknisk forskning.
Den mänskliga beröringen når också in i områden som ansågs vara Guds domän före den moderna eran. Inom ett sekel har gentekniken gått från det rudimentära stadiet av redigering av bakterier till att manipulera mänskliga gener. Löftet är att öka livsmedelsproduktiviteten, bota genetiska sjukdomar, återställa hotade arter och behandla vissa sjukdomar. Den etiska debatten om huruvida mänskligheten kan hantera denna nya kraft och de möjliga biverkningarna av genredigering är dock fortfarande i sin linda. Även om det är viktigt att studera användningen av den revolutionerande genetiska saxen som kallas CRISPR, är det också viktigt att starta en seriös allmänsklig diskussion om hur man kan stävja deras urskillningslösa användning.
Sedan tillkomsten av CRISPR har teknologins revolutionära karaktär återklangs långt utanför det vetenskapliga samfundet, särskilt i bioetikdebatten, eftersom förmågan att manipulera mänskliga embryon har stimulerat forskning. Inte bara vetenskapsmän, utan även jurister, etiker och allmänheten har uttryckt en mängd olika åsikter i frågan, och i vissa fall har rättsliga bestämmelser om kriterierna och gränserna för användningen av Crisper-teknologin diskuterats. Denna samhällsdebatt bygger på insikten att Crisper sax inte bara är ett vetenskapligt verktyg, utan en kraftfull kraft som kan forma mänsklighetens framtid.
