معلومة

التدريب العملي على: التحرير - علم الأحياء

التدريب العملي على: التحرير - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

بالنسبة لكسر التحرير ، فإن الجوهر الرئيسي هو أنهم ينشئون كتابًا جديدًا من فصلين في صندوق الحماية الخاص بهم. يجب أن يتعلموا:

  1. أدخل وضع التحرير لصفحة فارغة من الاختراق Remixer
  2. اكتب في الصفحة أغنيتك المفضلة والمغني / الفرقة
  3. احفظ الصفحة
  4. قم بتحرير الصفحة وانسخ والصق الفقرة الأولى من إدخال ويكيبيديا على (https://en.wikipedia.org/wiki/LibreTexts) في صفحتك
  5. أنشئ أول ارتباط تشعبي لكلمة "LibreTexts" لهذا الموقع: https://LibreTexts.org
  6. اسحب الشعار من صفحة WIkipedia إلى سطح المكتب ثم اسحب إلى صفحتك (في وضع التحرير) واحفظه
  7. تحرير الصفحة وإدراج الفيديو (عبر قائمة العناصر). أضف هذا الفيديو إلى صفحتك: https://youtu.be/mTXlbT-Oqb4
  8. احفظ صفحتك
  9. (اختياري) أضف جدول (عناصر)
  10. (اختياري) أضف مربعات (عبر العناصر -> القوالب)

لقد ورث مرضًا مدمرًا. أوقفته تقنية كريسبر في تحرير الجينات

تطوع باتريك دوهرتي لتدخل طبي جديد من دفعات محرر الجينات لعلاج الأمراض ذات الأساس الجيني.

كان باتريك دوهرتي دائمًا نشيطًا للغاية. قام برحلة في جبال الهيمالايا وتنزه في مسارات المشي في إسبانيا.

لكن منذ حوالي عام ونصف ، لاحظ وجود دبابيس وإبر في أصابع يديه وقدميه. تبردت قدميه. ثم بدأ ينفث أنفاسه في أي وقت كان يمشي مع كلبه فوق تلال مقاطعة دونيجال في أيرلندا حيث يعيش.

يقول دوهرتي ، 65 عامًا: "لاحظت في بعض المرتفعات الكبيرة أنني أشعر بضيق في التنفس. لذلك أدركت أن شيئًا ما كان خطأ."

اكتشف دوهرتي أنه مصاب بمرض وراثي نادر ولكنه مدمر - يُعرف باسم الداء النشواني ترانستريتين - الذي قتل والده. كان البروتين المشوه يتراكم في جسده ، ويدمر الأنسجة المهمة ، مثل الأعصاب في يديه وقدميه وقلبه.

شاهد دوهرتي آخرين يصابون بالشلل ويموتون بسبب الداء النشواني.

يقول دوهرتي: "إنه تكهن رهيب". "هذه حالة تتدهور بسرعة كبيرة. إنها فقط مروعة."

لذلك شعر دوهرتي بسعادة غامرة عندما اكتشف أن الأطباء يختبرون طريقة جديدة لمحاولة علاج الداء النشواني. استخدم هذا النهج تقنية ثورية لتحرير الجينات تسمى CRISPR ، والتي تسمح للعلماء بإجراء تغييرات دقيقة للغاية في الحمض النووي.

يقول دوهرتي: "فكرت: رائع. قفزت على هذه الفرصة".

يوم السبت ، أفاد الباحثون عن البيانات الأولى التي تشير إلى أن العلاج التجريبي نجح ، مما تسبب في انخفاض مستويات البروتين المدمر في جسم دوهرتي وأجساد خمسة مرضى آخرين عولجوا بهذا النهج.

يقول دوهرتي: "أشعر بالروعة". "إنها مجرد ظاهرة."

يتم الترحيب بهذا التقدم ليس فقط لمرضى الداء النشواني ولكن أيضًا كدليل على مفهوم أنه يمكن استخدام كريسبر لعلاج العديد من الأمراض الأخرى الأكثر شيوعًا. إنها طريقة جديدة لاستخدام التكنولوجيا المبتكرة.

تقول جينيفر دودنا من جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، والتي شاركت في جائزة نوبل لعملها في المساعدة على تطوير تقنية كريسبر: "هذه علامة فارقة بالنسبة للمرضى".

يقول دودنا: "في حين أن هذه بيانات مبكرة ، فإنها تُظهر لنا أنه يمكننا التغلب على أحد أكبر التحديات من خلال تطبيق كريسبر إكلينيكيًا حتى الآن ، وهو القدرة على توصيلها بشكل منهجي وإيصالها إلى المكان الصحيح".

لقد ثبت بالفعل أن تقنية كريسبر تساعد المرضى الذين يعانون من اضطرابات الدم المدمرة ومرض فقر الدم المنجلي وثلاسيميا بيتا. ويحاول الأطباء استخدامه لعلاج السرطان واستعادة البصر للأشخاص الذين أعمى بسبب اضطراب وراثي نادر.

لكن تلك التجارب تتضمن إخراج الخلايا من الجسم ، وتعديلها في المختبر ، وإعادة حقنها أو حقن كريسبر مباشرة في الخلايا التي تحتاج إلى الإصلاح.

الدراسة التي تطوع بها دوهرتي هي الأولى التي يقوم فيها الأطباء ببساطة بدمج محرر الجينات مباشرة في المرضى وتركه يجد طريقه إلى الجين الصحيح في الخلايا الصحيحة. في هذه الحالة ، خلايا الكبد تصنع البروتين المدمر.

"هذا هو المثال الأول الذي يتم فيه حقن كريسبر-كاس 9 مباشرة في مجرى الدم - بعبارة أخرى الإدارة النظامية - حيث نستخدمها كطريقة للوصول إلى نسيج بعيد عن موقع الحقن ونستخدمه على وجه التحديد لتحريره. الجينات المسببة للأمراض "، كما يقول جون ليونارد ، الرئيس التنفيذي لشركة Intellia Therapeutics ، التي ترعى الدراسة.

قام الأطباء بضخ المليارات من الهياكل المجهرية المعروفة باسم الجسيمات النانوية التي تحمل تعليمات وراثية لمحرر الجينات CRISPR في أربعة مرضى في لندن واثنين في نيوزيلندا. تم امتصاص الجسيمات النانوية بواسطة أكبادهم ، حيث أطلقوا العنان لجيوش من محرري الجينات CRISPR. استقر محرر كريسبر على الجين المستهدف في الكبد وقام بتقطيعه ، مما أدى إلى تعطيل إنتاج البروتين المدمر.

في غضون أسابيع ، انخفضت مستويات البروتين المسببة للمرض ، خاصةً لدى المتطوعين الذين تلقوا جرعة أعلى. أفاد الباحثون في الاجتماع السنوي لجمعية الأعصاب الطرفية وفي ورقة نُشرت في صحيفة الطب الانكليزية الجديدة.

يقول الدكتور جوليان جيلمور ، الذي يقود الدراسة في يونيفرسيتي كوليدج لندن ، مستشفى رويال فري: "إنه أمر مثير حقًا".

يقول جيلمور: "من المحتمل أن يحدث هذا ثورة كاملة في النتيجة بالنسبة لهؤلاء المرضى الذين عاشوا مع هذا المرض في أسرهم لعدة أجيال. لقد أهلك بعض العائلات التي كنت أعتني بها. لذلك هذا مذهل".

يجب متابعة المرضى لفترة أطول ، وسيتعين علاج المزيد من المرضى ، للتأكد من سلامة العلاج ، وتحديد مدى مساعدته ، كما يؤكد جيلمور. لكن هذا النهج يمكن أن يساعد أولئك المصابين بالداء النشواني غير الموروث ، وهو نسخة أكثر شيوعًا من المرض ، كما يقول.

علاوة على ذلك ، فإن النتائج الواعدة من المحتمل أن تفتح الباب لاستخدام نفس النهج في علاج العديد من الأمراض الأخرى الأكثر شيوعًا والتي لا يكون إخراج الخلايا من الجسم أو الحقن المباشر بتقنية كريسبر أمرًا واقعيًا ، بما في ذلك أمراض القلب والحثل العضلي وأمراض الدماغ مثل مثل مرض الزهايمر.

يقول ليونارد: "هذا حقًا يفتح حقبة جديدة عندما نفكر في تعديل الجينات حيث يمكننا البدء في التفكير في الوصول إلى جميع أنواع الأنسجة المختلفة في الجسم عن طريق الإدارة الجهازية".

يتفق علماء آخرون غير مشاركين في البحث.

"هذا يوم رائع لمستقبل تحرير الجينات كدواء ،"
يتفق فيودور أورنوف ، أستاذ علم الوراثة بجامعة كاليفورنيا ، بيركلي. "نحن كجنس نشاهد هذا العرض الجديد الرائع المسمى: مستقبلنا المعدل جينيًا."

يقول دوهرتي إنه بدأ يشعر بالتحسن في غضون أسابيع من العلاج واستمر في التحسن في الأسابيع منذ ذلك الحين.

وقال لـ NPR: "أنا بالتأكيد أشعر بتحسن". "أنا أتحدث إليكم من الطابق العلوي في منزلنا. صعدت السلالم لأصعد هنا. كنت سأشعر بضيق في التنفس. أنا سعيد للغاية."


خلفية

يتطلب التحكم الزماني المكاني المناسب للتعبير الجيني أن يرتبط مركب RNA polymerase II فعليًا بعوامل النسخ المرتبطة بالحمض النووي ومُنظمها عبر مواقع ارتباط عامل النسخ (TFBS) الموجودة في منطقة المحفز والمعزز للجينات المستهدفة [1]. لقد ساعد توضيح وظيفة المُحسِّن ودور TFBS الفردي على فهمنا للآليات الأساسية الكامنة وراء نسخ الجينات بالإضافة إلى تطوير كري/سمك مدخننماذج P الماوس لتعطيل الجينات المقيدة بالخلايا. نظرًا لأن معظم متغيرات التسلسل (على سبيل المثال ، متغيرات النوكليوتيدات المفردة أو SNVs) المرتبطة بمرض بشري تحدث في مساحة تسلسل غير مشفر حيث توجد TFBS [2 ، 3] ، فإن فهم بيولوجيا TFBS في نسق الجينات قد يوفر نظرة ثاقبة للآليات الأساسية للمرض [4 ]. تقليديا ، تمت دراسة وظيفة TFBS في فحوصات مراسل في المختبر أو في الجسم الحي ، خارج سياقها الجينومي الطبيعي. والجدير بالذكر أن عددًا قليلاً من TFBS قد تم تعديله في البيئة الجينومية الأصلية للفأر وأسفرت جميعها تقريبًا عن طفرات غير دقيقة وتندب جينومي (على سبيل المثال ، بقايا سمك مدخنتسلسل ف) [5،6،7،8]. إن إنتاج مثل هذه النماذج من الفئران باستخدام استهداف الخلايا الجذعية الجنينية التقليدي يتطلب عمالة مكثفة ومكلفة ، ويمكن أن تكون النتائج غير مؤكدة نظرًا للتكرار المعروف في استخدام TFBS لنسخ الجينات المستهدفة [9].

إن إعادة تعيين الغرض من نظام التكرارات المتناوبة القصيرة (CRISPR) المتجمعة بانتظام ومتباعد المسافات كنظام نووي داخلي DNA قابل للبرمجة وموجه من الحمض النووي الريبي [10 ، 11] أدى إلى تبسيط وتسريع التحرير الدقيق لجينوم الفأر [12 ، 13 ، 14]. استخدم الجيل الأول من تحرير CRISPR في الفئران ثلاثة مكونات: نوكلياز داخلي (Cas9) و RNA أحادي الدليل (sgRNA) الذي يرعى Cas9 للتسلسل المراد تحريره ونموذج إصلاح ، بشكل عام عبارة عن oligodeoxynucleotide أحادي الخيط (ssODN) مصمم هندسيًا من أجل تحمل عمليات إدخال صغيرة أو عمليات حذف أو بدائل مدمجة في تسلسل الحمض النووي المستهدف أثناء الإصلاح الموجه بالتماثل (HDR) للكسر المزدوج الذي يسببه sgRNA-Cas9 [15،16،17]. نجحت تقنية كريسبر المكونة من ثلاثة مكونات في تعطيل TFBS في سياقها الجيني الأصلي للفئران ، مما يكشف عن نظرة ثاقبة للتعبير الجيني المستهدف في بيئة في الجسم الحي [18،19،20]. ومع ذلك ، فإن التحرير بوساطة HDR غالبًا ما يكون غير فعال ، ويقتصر على تقسيم الخلايا بنشاط ، ويرتبط بطفرات جانبية غير مرغوب فيها indel ، وقد يؤدي إلى أحداث غير مستهدفة [21]. تم تطوير منصة CRISPR من الجيل الثاني ، تسمى تحرير القاعدة [22] ، حيث يوجه sgRNA نيكاز Cas9 المنصهر إلى السيتيدين أو الأدينين ديميناز لاستهداف الحمض النووي لتركيب بدائل القاعدة دون توليد كسر مزدوج الخيط في الحمض النووي أو الحاجة إلى قالب إصلاح ، وبالتالي تبسيط التسليم والتخفيف من نسبة indels. تم استخدام هذه المنصة المكونة من عنصرين لتحرير TFBS القابل للفصل في الماوس مع عدم وجود أهداف بعيدة يمكن اكتشافها [23]. ومع ذلك ، يقتصر تحرير القاعدة حاليًا على انتقالات القاعدة وقد ينتج عنه ما يسمى ببدائل المتفرج في القواعد المجاورة داخل نافذة التحرير ، مما يعقد تحديد TFBS الذي تم تحريره بشكل صحيح. في الآونة الأخيرة ، تم تطوير منصة جديدة لتحرير الجينوم مكونة من عنصرين ، تسمى التحرير الأولي ، حيث يمكن لنيكس Cas9 المدمج في نسخة عكسية من فيروس سرطان الدم Maloney الفئران أن ينسخ التعديلات المطلوبة مباشرة إلى تسلسل الحمض النووي المستهدف من دليل التحرير الأساسي RNA (pegRNA) [24]. تم تثبيت Prime Editor & gt 175 تعديلاً مختلفًا ، بما في ذلك جميع البدائل الأساسية الممكنة ، في خطوط الخلايا البشرية المختلفة مع أحداث محدودة خارج الهدف [24]. وبالتالي ، من حيث المبدأ ، يمثل التحرير الأولي نظامًا أساسيًا متعدد الاستخدامات وموجه بدقة يمكنه تصحيح جميع SNVs ذات الأهمية السريرية [24]. تم الإبلاغ عن التحرير الأولي في النباتات [25،26،27] ، في أجنة الفئران المبكرة [28 ، 29] ، وفي ذبابة الفاكهة [30]. ومع ذلك ، لا يزال يتعين إجراء تحليل مقارن للتحرير الأولي مقابل تحرير HDR بوساطة CRISPR في الفئران التي تمت تربيتها من خلال السلالة الجرثومية وتحليلها من أجل الأنماط الظاهرية. هنا ، سعينا إلى اختبار كفاءة التحرير الأولي مقابل تحرير HDR المكون من ثلاثة مكونات في TFBS واحد في الفئران. تظهر النتائج دقة عالية في التحرير الأولي في الجسم الحي ونمط ظاهري غير متوقع في الفئران التي تحمل بديلًا أحادي القاعدة داخل TFBS.


تحرير الجينوم والمسيحي

هذا المقال مقتبس من جزء من محاضرة VE Elving Anderson لعام 2018 في العلوم والدين لجيف هاردين ، التي ألقيت في جامعة مينيسوتا ، 5 أبريل 2018. يمكن الاطلاع على المحاضرة الكاملة في أسفل هذه المقالة.

نُشر في الأصل في مايو 2018

أصبح تحرير الجينوم جزءًا من مجموعة أدوات علماء الأحياء المعاصرين. نحن نعيش الآن في عصر يمكن فيه تعديل جينومات الخلايا البشرية المستهدفة (مثل علاج مرض وراثي مثل العمى) أو الأجنة البشرية التي من شأنها تغيير تركيبة الفرد بأكمله أثناء نموه. تثير هذه التكنولوجيا المثيرة للجدل قضايا للأشخاص من مجموعة من وجهات النظر العالمية ، لكني أود أن أدافع عن بعض المبادئ التي تنطبق بشكل خاص على المنظور المسيحي. للبدء ، لنتذكر نصيحة عالم الوراثة المسيحي الراحل في.إلفينج أندرسون:

ما هي الموارد الداخلية التي يمتلكها الأفراد للتعامل مع الاكتشافات المستقبلية؟ يُزعم أحيانًا أن أسئلة المستقبل ستكون فريدة جدًا لدرجة أن & # 8220 القيم القديمة & # 8221 ستكون غير كافية & # 8230 لكني لم أجد أي أسئلة أساسية لن تستفيد من النظر في منظور الكتاب المقدس. [1]

هذه كلمة جيدة من Elving ، الذي كتب هذه الكلمات في عام 1978 ، قبل عقود من إمكانية تعديل الجينات.

عند تطبيق وجهة نظر Elving على تعديل الجينوم ، قد نسأل: ما هي بعض المعايير الكتابية للتفكير في البشر؟ للإجابة على هذا السؤال ، سأبدأ بقطعة من الشعر العبري أشاركه مع طلاب علم الأحياء التطوري في كل فصل ربيعي ، مزمور 139: 13-14: جعل بخوف ورائعة." يعبر الله عن رعايته لكل واحد منا ، حتى قبل أن نولد ، ونحن أجنة. بالإضافة إلى، البشر يحملون صورة الله. هم نوابه الذين ينفذون أغراض مملكته في العالم. نتعلم هذا في الفصل الأول من الكتاب المقدس (تكوين 1: 26-27): "على صورة الله صنعهم ، ذكرًا وأنثى ، صنعهم" (انظر أيضًا تكوين 9: 6). البشر مدعوون بمثابة الحكام الذين يهتمون بالخليقة (تكوين 1:28 ، 2:15). قد تشمل هذه الإدارة رعاية الكائنات الحية ، ولكنها قد تشمل أيضًا التفكير في الهندسة الوراثية.

علاوة على ذلك ، وفقًا لتكوين 2: 23-24 ، يتكاثر البشر في علاقات "الجسد الواحد". نتائج هذه العلاقات الجسدية هي هدايا مولودة. كما نرى في المزمور 127 ، فإن الأطفال عطية من الرب: "طوبى لمن امتلأت جعبته منهم." بالإضافة إلى ذلك ، فإن البشر ، لأنهم جميعًا يحملون صورًا ، يستحقون الحماية ، وخاصة الضعفاء (خر 22:22 تثنية 10:18 إشعياء 1:17). هذا يطرح سؤالا مهما: هل يحمل الجنين صورة؟

من الصعب الإجابة على السؤال المتعلق بالوضع الأخلاقي للجنين البشري بشكل نهائي كما نرغب لعدد من الأسباب. أحد أسباب هذه الصعوبة هو أن مؤلفي الكتاب المقدس لم يعرفوا شيئًا عن الكيسة الأريمية (الأجنة التي لم يتم زرعها في الرحم بعد). الكتاب المقدس وثيقة ما قبل علمية ، وهي حقيقة يجب أن نعترف بها. هذا يعني أن لغتها لا تحل هذه المشكلة على وجه اليقين. نتيجة لذلك ، يختلف المسيحيون المخلصون حول هذا الموضوع. ومع ذلك ، أعتقد أن معظم المسيحيين سيؤكدون ما يلي: "مثل هذه المقاطع [قد] لا تحدد متى تبدأ الحياة البشرية ، لكنها تثبت عناية الله ومشاركته منذ البداية."

بالنسبة لمسألة وضع الأجنة البشرية ، فقد جئت إلى اتخاذ موقف سأسميه "حكمة التردد". كتب ليون كاس ، عالم أخلاقيات بيولوجيا يهودي ، مقالًا منذ سنوات عديدة ، عندما تم استنساخ النعجة دوللي ، بعنوان "حكمة الاشمئزاز". يستكشف المقال ردود الفعل العميقة التي ينطوي عليها التفكير في استنساخ البشر والحكمة التي قد تكون متضمنة في مثل هذه التفاعلات. فيما يتعلق بالموضوع المطروح ، أريد أن أقول إن هناك حكمة في التردد. إذا كانت الإجابات على هذه الأسئلة محدودة بعض الشيء من خلال البيانات الكتابية ، فإن المسار المعقول للعمل هو حذر. يقول عالم الأخلاقيات الحيوية اللوثرية جيلبرت ميلندر:

إذا شعرنا بالحيرة حقًا بشأن أفضل طريقة لوصف الحالة الأخلاقية لهذا الفرد البشري الذي هو الجنين غير المزروع ، فلا ينبغي لنا المضي قدمًا بطريقة تجمع بشكل غريب بين الحيرة الميتافيزيقية واليقين العملي من خلال الموافقة حتى على [الاستخدام] المحدود للأغراض التجريبية.

ما يقترحه جيل هو أن هناك حكمة في التردد.

يقدم الكتاب المقدس أسبابًا أخرى للتردد. في جميع أنحاء الكتاب المقدس ، تم التأكيد على ميل البشرية إلى الخطيئة. على سبيل المثال ، يقول الرسول بولس ، "لأن الجميع أخطأوا وأعوزهم مجد الله" (رومية 23: 3). نحن جميعًا عرضة للسلوك الخاطئ. حتى قبل الأحداث الكارثية المسجلة في تكوين 3 ، طلب البشر ضبط النفس في معرفتهم: أعطى الله لآدم وحواء حدودًا معينة في الجنة (تكوين 2: 16-17). وهكذا قيَّد الله البشر حتى قبل لقد عصوا ، لأنهم كانوا بحاجة إلى تقييدهم بطرق معينة. بتسجيل استجابة البشرية لحدود الله ، يكشف تكوين 3 طبيعة البشر الساقطة أو الخاطئة ، وهي حقيقة تمتد إلينا جميعًا. نتيجة لذلك ، كان العلاج الجذري مطلوبًا ، ومات يسوع الناصري ، الله الذي في صورة بشرية ، من أجلنا (رومية 5: 6-8).

إن ميل البشرية نحو السلوك الخاطئ يعني أن البشر معرضون لخطر إساءة استخدام التكنولوجيا. أحد أشكال سوء الاستخدام هو ما يسميه علماء الأخلاق غالبًا تسليع، تحويل الأجنة البشرية إلى سلع. حول هذه المسألة ، قال فرانسيس كولينز:

إن تطبيق معالجة الخط الجرثومي من شأنه أن يغير نظرتنا إلى قيمة الحياة البشرية. إذا تم تعديل الجينوم لتناسب تفضيلات الوالدين ، فهل يصبح الأطفال أشبه بالسلع أكثر من كونهم هدايا ثمينة؟

بسبب هذه الاعتبارات ، أعتقد أن العديد من المتدينين من مختلف التقاليد يشككون أكثر من غير المتدينين في استخدام هذه الأنواع من التقنيات. أفاد استطلاع للرأي أجرته مؤسسة Pew Charitable Trust في عام 2016 (انظر الرسم البياني أدناه مصدر الصورة) عن النسبة المئوية للبالغين في الولايات المتحدة الذين يلتزمون بدين ما ويعتقدون أن "تحرير الجينات يتدخل في الطبيعة ويتخطى خطًا لا ينبغي تجاوزه". كان أولئك الذين لديهم التزامات دينية قوية هم الأكثر توافقًا مع الرأي القائل بأن تعديل الجينات يتجاوز خطًا ، وأن أولئك الذين لديهم التزام معتدل متفقون عليه بأعداد أقل ، وأولئك الذين لديهم التزام ديني منخفض وافقوا بأعداد منخفضة للغاية. هذه نتيجة مثيرة للاهتمام. أعتقد ، على الأقل من المنظور المسيحي ، أن هذا مبني على الاهتمامات اللاهوتية التي ناقشتها: القيود البشرية في تطبيق التكنولوجيا ، وما يسميه الكتاب المقدس خطيتهم.

هناك أسباب أخرى لتقييد تطبيقاتنا للتكنولوجيا. الدافع الطبيعي لبعض العلماء الذين طوروا هذه التكنولوجيا هو أخذها أينما تقود. خلال مناقشات الأكاديمية الوطنية للعلوم والأكاديمية الوطنية للطب ، قال عالم الأحياء الجزيئية اللامع جورج تشيرش: "إذا ثبت أن هذه العلاجات للأمراض الشديدة آمنة وفعالة ، فلماذا تكون التحسينات الصغيرة أو الكبيرة المصاحبة للإصلاحات غير مقبولة؟" يقترح تشرش أنه بينما نعمل على إصلاح مرض ما ، فلماذا لا نزيد من التحسين ، من خلال التحسين ، المكافئ الجيني لـ "المثبت العلوي" قليلاً؟ تطرح الكنيسة سؤالًا مهمًا: هل يجب أن ننظر إلى التكنولوجيا على أنها خير حتمي سيحقق دائمًا نتائج إيجابية؟

ومع ذلك ، فإن التكنولوجيا ذاتها التي يمكن أن تؤدي إلى التعزيز يمكن أن تؤدي أيضًا ، من الناحية النظرية ، إلى عدم التعزيز في الأيدي الخطأ. يفشل الكثيرون في التفكير في هذا الاحتمال. ربما أفكر في هذا لأنني أعدت قراءة رواية ألدوس هكسلي عالم جديد شجاع (1932) ، حيث يتم استخدام التقنيات على وجه التحديد لإلغاء التحسينات.

تقودني هذه الاعتبارات إلى بعض الاقتراحات للمسيحيين في تفكيرهم حول تحرير الجينوم. أولاً ، عند التفكير في كيفية تطبيق التكنولوجيا على الجنين ، يجب أن نهدف إلى معاملة الجنين كمريض وغاية ، وهبة مولودة ، وليس وسيلة، في جميع مراحل التطوير. ثانيا، يجب أن نوازن بين حقيقتين من علاقتنا بالتكنولوجيا. من ناحية ، فإن المسيحيين مدعوون إلى الحب ، مما يعني أنه يجب علينا استخدام التكنولوجيا للوقاية من الأمراض. من ناحية أخرى ، يجب أن نكون حذرين من التفاؤل التكنولوجي المفرط ، خاصة عندما ينتهك استخدام التكنولوجيا القيم المسيحية الهامة. من الواضح أن هذه الاعتبارات متوترة مع بعضها البعض ، لكن يجب أن نسعى لتحقيق التوازن بين الحققتين ضد بعضهما البعض.

سأختتم باقتباس من بطل الدين المسيحي الذي وافته المنية في أوائل عام 2018 ، المبشر المسيحي بيلي جراهام. في عام 1998 ، ألقى بيلي جراهام محادثة TED ، قال خلالها ، "المشكلة ليست في التكنولوجيا & # 8230 ، المشكلة هي الشخص أو الأشخاص الذين يستخدمونها." كمسيحيين ، أعتقد أننا بحاجة إلى أن نأخذ ما قاله بيلي على محمل الجد. التفكير في كلمات بيلي يترك لي إحساسًا عميقًا بأننا بحاجة إلى أن نكون متواضعين في التفكير في أننا سنستخدم هذه التقنيات بشكل صحيح. بالعودة إلى كلمات إلفينج أندرسون: "كل هذا يجب أن يُلطف بالتواضع بأن هناك حدودًا للتغييرات التي يمكن أن تحدثها الجينات."

أدعو الله ، عندما نناقش هذه القضايا داخل المجتمع المسيحي وداخل المجتمع الأوسع ، أن نفكر في معنى أن تكون إنسانًا. بالنظر إلى فهم أفضل لما يعنيه أن تكون إنسانًا ، يمكننا طرح المزيد من الأسئلة: ما هي الاستخدامات المناسبة للتكنولوجيا؟ ماذا نتوقع من التكنولوجيا؟ كمسيحي ، أعتقد في النهاية أن المشاكل الأساسية التي نواجهها كبشر ليست وراثية ولا بيولوجية. بل إن أعمق مشاكلنا هي روحي. آمل أن يتمكن المسيحيون والآخرون من تقديم هذه الحقيقة وآثارها في المناقشة ، حيث نسعى إلى فهم أفضل للموضوع الصعب المتمثل في تحرير الجينوم.


3. الإينوزين الجزيئي في التمثيل الغذائي والتشوير

تعمل نيوكليوتيدات البيورين كمصادر للطاقة ، وعوامل مساعدة للإنزيمات الأيضية ، وجزيئات الإشارة. وفقًا لذلك ، يعد الإينوزين الجزيئي وسيطًا مركزيًا في مسارات التخليق الحيوي والبيورين (الشكل 2) ، بينما يلعب أيضًا دورًا مهمًا في الإشارات العصبية.

استقلاب البيورين. يعمل الإينوزين كوسيط مركزي في مسارات البيورين الابتنائية والتقويضية.

يتضمن المسار التخليقي لـ de novo purine 10 إنزيمات تقوم بشكل متتابع ببناء البيورينات على جزء الريبوز من بيروفوسفات الفوسفوريبوزيل (PRPP) [29]. أحادي فوسفات الإينوزين (IMP) هو أول منتج بيورين لهذا المسار. تتبنى الخلايا شديدة التكاثر مثل الخلايا السرطانية مسارًا حيويًا مستهلكًا للطاقة بكثافة من أجل بناء IMP. يتم التعبير عن الإنزيمات الأيضية للمسار التخليقي دي نوفو بشكل مفرط في أنواع مختلفة من السرطان [30،31،32،33] ، والبيئة المكروية للورم غنية بالنيوكليوتيدات البيورينية [34]. تلعب الإنزيمات المشاركة في استقلاب حمض الفوليك ، مثل اختزال ثنائي هيدروفولات (DHFR) ، دورًا أساسيًا ومحدودًا في التخليق الحيوي للبيورين الجديد. نتيجة لذلك ، تعمل مثبطات المسار التخليقي للبيورين دي نوفو ، مثل مضادات الفولات ، كعوامل علاج كيميائي ضد أنواع مختلفة من السرطان [35].

مسار الإنقاذ عبارة عن مسار ابتنائي من البيورين يشترك في الإنزيمات مع مسار دي نوفو بيورين الاصطناعي ويعيد تدوير IMP لتجديد مستويات نيوكليوتيدات الأدينوزين والجوانوزين. إنزيم نازعة هيدروجين أحادي الفوسفات (IMPDH) وهيبوكسانثين فوسفوريبوزيل ترانسفيراز (HPRT) هما الإنزيمات الرئيسية لمسار إنقاذ البيورين. IMPDH يحول IMP إلى أحادي الفوسفات الزانثين (XMP) ، وهو مقدمة فورية لأحادي الفوسفات الغوانوزين (GMP). يتم إثراء التعبير عن IMPDH في خلايا اللوكيميا البشرية وأنواع مختلفة من السرطانات الأخرى [36 ، 37]. استهداف IMPDH هو استراتيجية علاجية محتملة لسرطان الدم [38]. وبالمثل ، فإن استهداف HPRT مع نظائر الركيزة مثل 6-مركابتوبورين فعال ضد مختلف أنواع السرطان وأمراض المناعة الذاتية [39 ، 40].

في مسار تحلل البيورين ، يتم تحويل الإينوزين المنتج من الأدينوزين بواسطة فوسفوريلاز نيوكليوزيد البيورين (PNP) إلى هيبوكسانتين ، والذي يتحلل أكثر إلى حمض اليوريك [41]. تعزيز مسارات تحلل البيورين هو استراتيجية أخرى لتقليل تجمع البيورينات للخلايا سريعة الانتشار [42].

إنزيم الإينوزين البشري ثلاثي الفوسفات (ITPase) عبارة عن إنزيم يتم التعبير عنه في كل مكان يقوم بتحلل ثلاثي فوسفات الإينوزين (ITP / dITP) إلى أحادي فوسفات الإينوزين (IMP / dIMP) [43]. يمكن أن يؤدي الفقد الوظيفي لـ ITPase إلى دمج الإينوزينات في RNAs و DNA. تُظهر الخلايا الجنينية للفأر الخالي من ITPase محتوى قاعدة إينوزين مخصب في RNAs ولكن ليس في DNA [44] ، حيث يُفترض أنه تمت إزالته بواسطة آليات إصلاح الحمض النووي. في البشر ، تتورط طفرات ITPase المتنحية في اعتلالات دماغ الأطفال التي تتميز بنقص النمو والنوبات وتشوهات القلب وإعتام عدسة العين [45].

في إشارات البيورينجيك ، تتوسط النيوكليوتيدات في النقل العصبي من خلال العمل كجزيئات إشارات لعائلات مستقبلات البيورين والبيريميدين [46]. تعمل الأدينوزين كنواقل عصبية في كل من الجهاز العصبي المحيطي والمركزي [47] ، ويمارس الإينوزين تأثيرات مشابهة للأدينوزين ، حيث ينشط مستقبلات الأدينوزين A1 و A2A و ​​A3 [48]. إن إعطاء الإينوزين هو مادة واقية للأعصاب في الجرذان المصابة بإصابة في النخاع الشوكي ربما من خلال مستقلب إزالة الجذور الحرة ، اليورات [49]. من خلال العمل كجزيء إشارات داخل الخلايا ، يعمل الإينوزين أيضًا كمضاد للاكتئاب في الفئران [50] ، ويعزز نمو المحوار ، ويحسن النتيجة السلوكية بعد السكتة الدماغية [51،52].

تم استكشاف الإعطاء الفموي للإينوزين في التجارب السريرية لعلاج الحالات العصبية مثل مرض باركنسون ومرض # x02019 (PD). يؤدي تناول الإينوزين إلى رفع مستويات اليورات في المصل والسائل النخاعي (CSF) ، وبالتالي توفير الحماية العصبية من خلال الكسح الجذري [53،54،55]. في مرضى PD ، قد يؤدي تناول الإينوزين إلى إبطاء تقدم الإعاقة العقلية ، ولكن تم إنهاء تجربة المرحلة الثالثة قبل الأوان حيث لم تتحقق الفعالية المتوقعة [56]. يشتهر إينوزين برانوبكس (IP) ، أحد مشتقات إينوزين ، بخصائصه المعدلة للمناعة والمضادة للفيروسات [57] ويتم استكشافه لعلاج COVID-19 في المرضى المسنين لتعزيز تأثيرات IP على تكاثر الخلايا الليمفاوية ، وإنتاج السيتوكين ، والطبيعي. السمية الخلوية للخلية القاتلة [58].


التدريب العملي على: التحرير - علم الأحياء

يبدو مختبر الدكتور كارل جون & # 8217s في جامعة بنسلفانيا مثل أي مركز آخر لأبحاث علم الأحياء. توجد صفوف مرتبة من طاولات العمل ذات السطح الأسود محاطة بأرفف تحمل صناديق من الماصات وأنابيب الاختبار. هناك & # 8217s لافتات مخصصة لتمييز محطات العمل المختلفة. وهناك باحثو ما بعد الدكتوراة يتنقلون ، ويعايرون المقاييس ، ويفحصون الحاضنات ، ومحاليل التلطيخ ، والعينات على شرائح زجاجية صغيرة.

بصرف النظر عن المظاهر ، فإن ما يحاول يونيو القيام به هنا ، في الطابق الثامن من مركز Smilow للبحوث التحويلية المغطى بالزجاج في فيلادلفيا ، ليس شيئًا عاديًا. قام هو & # 8217s ببناء مهنة في محاولة لتحسين احتمالات الأشخاص الذين يعانون من مرض المرحلة النهائية المستعصية ، والآن ، في مختبر معالجة الخلايا الجديد في الجامعة و # 8217s ، يستعد لإطلاق دراسته الأكثر طموحًا حتى الآن: هو & # سيحاول 8217s علاج 18 شخصًا يعانون من سرطانات مستعصية ، وسيقوم بذلك باستخدام كريسبر ، الأداة الجديدة الأكثر إثارة للجدل في الطب.

تم تطويره قبل أربع سنوات فقط من قبل مجموعتين - جينيفر دودنا ، عالمة الأحياء الجزيئية والخلوية في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، مع إيمانويل شاربنتير ، الآن في معهد ماكس بلانك في برلين ، وفينج زانج ، مهندس الطب الحيوي في معهد برود في جامعة هارفارد ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا - تتيح كريسبر للعلماء العثور بسهولة وبتكلفة زهيدة على أي قطعة من الحمض النووي في أي نوع وتغييرها تقريبًا. في عام 2016 وحده ، تم استخدامه لتعديل جينات الخضروات والأغنام والبعوض وجميع أنواع عينات الخلايا في المختبرات. الآن ، حتى في الوقت الذي يدعو فيه بعض العلماء إلى الصبر والحذر الشديد ، هناك & # 8217s سباق عالمي لدفع حدود قدرات CRISPR & # 8217s.

الهدف النهائي لشهر يونيو و # 8217 هو اختبار إمكانات CRISPR & # 8217s الأعظم: قدرتها على علاج الأمراض لدى البشر. & # 8220 قبل أن نكون نوعا ما نطير في الظلام عندما كنا نجري تغييرات جينية ، & # 8221 يقول عن المحاولات السابقة للتلاعب الجيني. & # 8220 مع كريسبر ، توصلت إلى استنتاج مفاده أن هذه التقنية تحتاج إلى اختبار على البشر. & # 8221 التجربة ، التي ستبدأ في علاج المرضى في غضون بضعة أشهر ، هي أول من استخدم هذه التقنية القوية بهذه الطريقة. إنه يمثل التلاعب الأكثر شمولاً في الجينوم البشري على الإطلاق.

قريباً ، سيصبح مرضى التجربة 18 في يونيو و 8217 أول شخص في العالم يتم علاجهم بخلايا كريسبر و # 8217d - في هذه الحالة ، الخلايا المعدلة وراثيًا لمحاربة السرطان. مثل العديد من المصابين بالسرطان ، نفدت الخيارات أمام المرضى. لذلك ، بناءً على العمل الذي قام به دودنا وشاربنتير وتشانج ، سيقوم فريق June & # 8217s باستخراج الخلايا التائية ، وهي نوع من الخلايا المناعية ، واستخدام تقنية كريسبر لتغيير ثلاثة جينات في تلك الخلايا ، وتحويلها أساسًا إلى مقاتلين فائقين. سيتم بعد ذلك إعادة حقن المرضى بالخلايا التائية المقاومة للسرطان لمعرفة ما إذا كانوا يفعلون ما يفترض بهم القيام به: البحث عن الأورام السرطانية وتدميرها.

هناك الكثير من الأمل معلق على نتيجة التجربة ، ولكن سواء نجحت أو فشلت ، فإنها ستزود العلماء بمعلومات مهمة حول ما يمكن أن يحدث بشكل صحيح وما هو خطأ عندما يحاولون إعادة كتابة الشفرة الجينية لدى البشر. الأمل هو أن دراسات مثل June & # 8217s ستثبت الإمكانات العلاجية لـ CRISPR & # 8217 ، مما يؤدي إلى تطوير علاجات جديدة جذرية ليس فقط للأشخاص الذين يعانون من السرطانات التي تتم دراستها ولكن لجميعهم ، وكذلك للأمراض الوراثية مثل المنجل. - فقر الدم الخلوي والتليف الكيسي ، والحالات المزمنة مثل السكري من النوع 2 والزهايمر & # 8217s. قد يبدو هذا بعيد المنال ، لكن الدراسات مثل هذه هي خطوة أولى هائلة في هذا الاتجاه.

لا يزال استخدام كريسبر على البشر مثيرًا للجدل إلى حد كبير ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أنه سهل للغاية. حقيقة أنه يسمح للعلماء بتعديل أي جين بكفاءة - بالنسبة لبعض أنواع السرطان ، ولكن من المحتمل أيضًا أن يكون لديهم استعداد للإصابة بالشعر الأحمر ، ولزيادة الوزن ، ولأنهم يجيدون الرياضيات - تقلق علماء الأخلاق بسبب ما يمكن أن يحدث إذا وقع في الأيدي الخطأ . اعتبارًا من الآن ، لن تقوم المعاهد الوطنية للصحة (NIH) ، أكبر راعٍ للبحث العلمي في العالم ، بتمويل الدراسات باستخدام تقنية كريسبر على الأجنة البشرية. وأي طريقة جديدة لتغيير الجينات في الخلايا البشرية يجب أن تحصل على موافقة الأخلاق والسلامة من المعاهد الوطنية للصحة ، بغض النظر عمن يدفع مقابل ذلك. (تعارض المعاهد الوطنية للصحة أيضًا استخدام كريسبر على ما يسمى بخلايا الخط الجرثومي - تلك الموجودة في البويضة أو الحيوانات المنوية أو الجنين - نظرًا لأن أي تغييرات من هذا القبيل ستكون دائمة وقابلة للتوريث.)

لتمويل دراسته ، كان جون قادرًا على جذب الدعم من شون باركر ، المدير التنفيذي السابق لـ Facebook ورائد الأعمال في Silicon Valley وراء Napster. أسس باركر مؤخرًا معهد باركر للعلاج المناعي للسرطان بقيمة 250 مليون دولار ، وهو تعاون بين ستة مراكز رئيسية للسرطان ، ودراسة يونيو و # 8217 هي أول مشروع طموح لها. & # 8220 نحن بحاجة إلى اتخاذ رهانات كبيرة وطموحة لتعزيز علاج السرطان ، & # 8221 يقول باركر. & # 8220 نحن & # 8217 نحاول أن نقود الطريق في القيام بأشياء أكثر عدوانية ومتطورة لا يمكن تمويلها إذا لم نكن & # 8217t موجودًا. & # 8221

هذا & # 8217s لا يعني أن دراسة يونيو & # 8217s بالضرورة ستعالج هذه السرطانات. & # 8220 إما & # 8217s يعود إلى لوحة الرسم ، & # 8221 يقول ، & # 8220 أو يتقدم الجميع ويدرسون مجموعة متنوعة من الأمراض الأخرى التي يمكن إصلاحها. & # 8221 في الواقع ، كلا الأمرين صحيحان على الأرجح.

حتى لو لم تنجح دراسة يونيو & # 8217s كما يأمل ، لا يزال الخبراء يتفقون على أن الأمر سيستغرق شهورًا - وليس سنوات - قبل إطلاق دراسات بشرية أخرى ممولة من القطاع الخاص في الولايات المتحدة وخارجها. An ongoing patent battle over who owns the lucrative technology hasn’t stopped investors from pouring millions into CRISPR companies. So simple and inexpensive is the technique, and so frenzied is the medical community about its potential, that it would be foolish to bet on anything else. “With a technology like CRISPR,” says Doudna, “you’ve lit a fire.”

A Year of Progress
CRISPR’s journey from lab bench to cancer treatment may seem quick. After all, as recently as a couple of years ago only a minuscule number of people even knew what clustered regularly interspaced short palindromic repeats—that’s longhand for CRISPR—was. But the technology is at least hundreds of millions of years old. It was bacteria that originally used CRISPR, as a survival mechanism to fend off infection by viruses. The ultimate freeloaders, viruses never bothered developing their own reproductive system, preferring instead to insert their genetic material into that of other cells—including bacteria. Bacteria fought back, holding on to snippets of a virus’ genes when they were infected. The bacteria would then surround these viral DNA fragments with a genetic sequence that effectively cut them out altogether.

Bacteria have been performing that clever evolutionary stunt for millennia, but it wasn’t until the early 2000s that food scientists at a Danish yogurt company realized just how clever the bacterial system was when they noticed that their cultures were turning too sour. They discovered that the cultures were CRISPRing invaders, altering the taste considerably. It made for bad dairy, but the scientific discovery was immediately recognized as a big one.

About a decade later, in 2012, Doudna and Charpentier tweaked the system to make it more standardized and user-friendly, and showed that not just bacterial DNA but any piece of DNA has this ability. That was a game changer. Scientists have been mucking with plant, animal and human DNA since its structure was first discovered by James Watson and Francis Crick in 1953. But altering genes, especially in deliberate, directed ways, has never been easy. “The idea of gene correction is not new at all,” says June. “But before CRISPR it just never worked well enough so that people could do it routinely.”

Within months of Doudna’s and Charpentier’s discovery, Zhang showed that the technique worked to cut human DNA at specified places. With that, genetics changed overnight. Now scientists had a tool allowing them, at least in theory, to wield unprecedented control over any genome, making it possible to delete bits of DNA, add snippets of genetic material and even insert entirely new pieces of code.

Now, that theoretical potential took shape in a remarkable array of real-world applications. CRISPR produced the first mushroom that doesn’t brown, the first dogs with DNA-boosted cells giving them a comic-book-like musculature, and a slew of nutritionally superior crops that are already on their way to market. There are even efforts to use CRISPR’d mosquitoes to fight Zika and malaria.

On the human side, progress has been even more dramatic. In a lab, scientists have successfully snipped out HIV from infected human cells and demonstrated that the process works in infected mice and rats as well. They’re making headway in correcting the genetic defect behind sickle-cell anemia, which stands to actually cure the disease. They’re making equally promising progress in treating rare forms of genetic blindness and muscular dystrophy. And in perhaps the most controversial application of CRISPR to date, in 2016 the U.K. approved the first use of the technology in healthy human embryos for research.

At the Francis Crick Institute in London, developmental biologist Kathy Niakan is using CRISPR to try to understand one of the more enduring mysteries of human development: what goes wrong at the earliest stages, causing an embryo to die and a pregnancy to fail. To be clear, Niakan will not attempt to implant the embryos in a human her research is experimental, and the embryos are destroyed seven days after the studies begin.

Like Niakan, June is looking for answers to one of human biology’s more vexing problems: why the immune system, designed to fight disease, is nearly useless against cancer. It’s an issue that’s kept him up at night since 2001, when his wife, not responding to the many treatments she tried, died of ovarian cancer.

“This trial is about two things: safety and feasibility,” he says. It’s about testing whether it’s even possible to successfully edit these immune cells to make them do—in human bodies, not a petri dish—what he wants them to do. Either way, the study will yield critical information, paving the way for eventual new treatment options that are more targeted, less brutal and far smarter against tumors than systemwide chemotherapy will ever be.

As much as has been done in 2016, this is only the beginning of a kind of medicine that stands to effectively change the course of human history. “CRISPR is an empowering technology with broad applications in both basic science and clinical medicine,” says Dr. Francis Collins, director of the NIH. “It will allow us to tackle problems that for a long time we probably felt were out of our reach.”

The Hurdles Ahead
Because it’s so easy to use, Zhang, along with the other CRISPR pioneers, says careful thought should be given to where and how it gets employed. “For the most part I don’t think we are getting ahead of ourselves with the CRISPR applications,” he says. “What we need to do is really engage the public, to make sure people understand what are the really exciting potential applications and what are the immediate limitations of the technology, so we really are applying it and supporting it in the right way.”

Regulatory scrutiny is a given with CRISPR, and any new tool for rewriting human DNA requires federal approval. For the current Penn trial, June got the green light from the NIH Recombinant DNA Advisory Committee, established in the 1980s to assess the safety of any first-in-humans gene-therapy trials. While there are still dangers involved in any kind of gene therapy—the changes may happen in unexpected places, for example, or the edits may have unanticipated side effects—scientists have learned more about the best way to make the genetic changes, and how to deliver them more safely. So far, animal studies show CRISPR provides enough control that unexpected negative effects are rare—at least so far.

The role of regulatory oversight is less clear when the technique is used to alter food crops. Even before June’s patients get infused with CRISPR’d T cells, farmers in Argentina and Minnesota will plant the world’s first gene-edited crops for market. CRISPR provides an unparalleled ability to insert almost any trait into plants—drought or pest resistance, more of this vitamin or less of that nutritional villain du jour. Dupont, for instance, is putting the finishing touches on its first drought-resistant corn, and biotech company Calyxt has created a potato that doesn’t produce cancerous compounds when fried it’s also planting its first crop of soy plants modified to produce higher amounts of healthy oleic-acid fats.

These edits involve deleting or amping up existing genes—not adding new ones from other species—and the U.S. Department of Agriculture has said this kind of gene-edited food crop is not significantly different from unaltered crops and therefore does not need to be regulated differently.

In the coming months, the National Academy of Sciences is expected to issue guidelines that might address some of the challenges posed by CRISPR, focusing on how and when to proceed with developing new disease treatments. The report is expected to launch much-needed discussion in the scientific community and among the public as well. Whether more regulation will eventually be required likely depends on how far scientists push the limits of their editing—and how comfortable consumers and advocacy groups are with those studies.

As CRISPR goes mainstream in medicine and agriculture, profound moral and ethical questions will arise. Few would argue against using CRISPR to treat terminal cancer patients, but what about treating chronic diseases? Or disabilities? If sickle-cell anemia can be corrected with CRISPR, should obesity, which drives so many life-threatening illnesses? Who decides where that line ought to be drawn?

Questions like these weigh heavily on June and all of CRISPR’s pioneering scientists. “Having this technology enables humans to alter human evolution,” says Doudna. “Thinking about all the different ways it can be employed, both for good and potentially not for very good, I felt it would be irresponsible as someone involved in the earliest stages of the technology not to get out and talk about it.”

Last year, Doudna invited other leaders in genetics to a summit to address the immediate concerns about applying CRISPR to human genes. The group agreed to a voluntary temporary moratorium on using CRISPR to edit the genes of human embryos that would be inserted into a woman and brought to term, since the full array of CRISPR’s consequences isn’t known yet. (Any current research using human embryos, including Niakan’s, is lab-only.)

For researchers like June and Niakan, Doudna and Zhang, and others, proceeding carefully with CRISPR is the only way forward. But proceed they will. The sooner more answers emerge, the sooner CRISPR can mature and begin to deliver on its promise. “There are thousands of applications for CRISPR,” says June. “The sky is the limit. But we have to be careful.”


Editing the Building Blocks of Life, Using a New Technique

In a bustling laboratory, Biology 410 students are clustered into groups of two or three, pipetting fluids into tiny test tubes. The scene isn’t unusual for an upper level course in a science classroom, but these students are doing something previously unseen in undergraduate courses: editing genomes.


Biological Sciences Professor John Steele (left) and Biology 410 students Patrick Quinn (middle) and Rachel Parry (right) in the classroom. Using the CRISPR /Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/CRISPR associated gene 9)-based techniques, students in Biology Professor John Steele’s classes and labs have been editing the genetic material of cells, inserting coding sequences for fluorescent proteins, correcting or inserting disease-causing mutations, or mutations that affect other cell functions, or studying pathways using CRISPR -based modifiers of gene expression.

Dr. Steele received his Ph.D. and did his post-doctoral work in neurodegeneration labs, looking at a spectrum of diseases such as Alzheimer’s, Huntington’s, and Parkinson’s, as well as several rare neurological diseases. The cell death involved in those diseases is caused by a buildup of proteins—an apparent inability to activate the autophagy pathway, or the cells’ way of maintaining themselves.

In his BIOL 410 class this semester, students are using CRISPR -based methods to control expression of genes in human embryonic kidney cells, then studying how the loss or overabundance of the genes effect the autophagy pathway—leading to more understanding about what causes neurodegenerative diseases.

Dr. Steele brought these CRISPR techniques to HSU when he was hired in Fall 2016. Until several years ago, before the technique was developed, genome editing would have cost tens of thousands of dollars and taken six weeks or more. Now, with CRISPR -based methods, genome-editing tools can be easily produced by students in his lab courses for around $20 and completed in a week.

Because of the low cost and relative simplicity of the CRISPR techniques, Dr. Steele has given it classroom applications new to undergraduate programs.

The way CRISPR edits genomes is closely related to fundamental biology teachings. Students in entry-level courses are learning the principles that make CRISPR function, and then will be able to apply those principles in a hands-on way in later courses. And he’d like to introduce CRISPR even earlier in biology students’ educations.

“From a pedagogical standpoint, it’s a really effective way to teach the central dogma of genetics,” Steele says. “ CRISPR will be the foundational research tool of the gene editing field and students need to learn how to work with these tools now.”


Biochemistry senior Michael Martinez looks at cells in the CRISPR lab. It’s also a highly marketable skill. Recent graduates have already landed jobs in academic and private laboratories based partly upon their experience with CRISPR -based methods.

As part of his curriculum, Steele asks students to propose research ideas using the highly adaptable CRISPR process.

Patrick Quinn, a Psychology graduate student, is seeking to use CRISPR to manipulate expression of multiple genes at a time, improving his understanding of schizophrenia and other neurodevelopmental disorders.

Biochemistry Senior Michael Martinez, who says he “pretty much kicked down John’s office door and said let me work here” when he learned of Dr. Steele’s CRISPR lab, is researching the how overabundance of the protein tau alters cellular processes in human embryonic kidney cells, similar to Steele’s work. Interested in the building blocks of life, Martinez originally wanted to design tools like CRISPR —now he can use it to conduct research at a scale previously unattainable.


Online Forum: Simulated, or Hands On Science Learning?

Can a student who completes a virtual dissection of a fetal pig get the same level of experience as a student who performs a live dissection? Do you think simulations can replace hands-on science experiments? From your experience, what are the advantages and disadvantages of both? Leave your comments, have your say, read posts .

About 17 percent of the 17,000 schools that offer Advanced Placement courses provide them online. The online offerings allow home-schooled students, for example, or those at schools that don’t provide their own AP courses to access the advanced classes.

Generally, such online courses work well, Packer says, but AP science classes, which have laboratory requirements, have encountered roadblocks. A panel studying simulations for online AP science courses such as biology, chemistry, and physics found that simulations alone couldn’t provide the experiences needed.

Currently, the College Board provides conditional authorization to AP science courses with only virtual lab components. As the College Board works to overhaul its curriculum for those science courses, however, the provisional authorization will become a thing of the past, says Michael Kabbaz, its senior director of college and university services.

AP biology is first on the list for revamping. By the 2011-12 school year, no conditional authorization will be permitted.

Still, Kabbaz says that since technology is constantly changing, there is a possibility that virtual simulations may be able to meet the requirements in the future. “We’ll be as eager as anyone else to see what develops,” he says. “The ideal scenario will probably involve a mix” of simulated and hands-on experiments, he adds.

Zipporah Miller, the associate executive director of professional programs and conferences for the Arlington, Va.-based National Science Teachers Association, says virtual experiments alone can’t equal real-world labs. “The simulation should be used only as a reinforcement,” she says. “If they go through the simulation, they may get the right answer on an AP exam, but they may not have the experience to apply that knowledge in the real world.”

Some virtual AP providers argue that simulations are being used by everyone from medical students to the military and can suffice. But others are trying to incorporate real lab experiences into their online courses.

Cheryl Vedoe, the president and chief executive officer of the virtual-course provider Apex Learning, says her Seattle-based company has embraced the AP panel’s findings by formulating real-world lab experiments that online students can do mostly on their own. For example, students who take Apex’s online AP biology course will also receive lab kits. A typical kit for an experiment on osmosis and diffusion might contain, among other items, dialysis tubing, glucose test strips, a digital scale, and instructions to add a self-bought potato, Vedoe says.

The Apex AP biology course also comes with simulations of the experiment and a video to support the hands-on lab exercise, she says. The model will work well for both biology and physics, but chemistry is a bit different, Vedoe says. Working with chemicals can be dangerous, so Apex is producing two versions of the AP chemistry course. One includes hands-on experiments that must be performed in a laboratory setting under the supervision of an adult—a scenario easier to envision for students taking the course at a school. The College Board is expected to officially authorize that course. The other version will include only simulations and may be the best option for some home-schooled students, Vedoe says.

“Colleges and universities will recognize the student has completed the course,” she says, “but they may require them to take the lab portion of the course when they arrive.”


The Long View On Gene Editing

The CRISPR-Cas9 genome editing system is transforming bioengineering. We asked one of the technology&rsquos creators, Jennifer Doudna, what comes next.

This article was produced for Kavli Prize by Scientific American Custom Media, a division separate from the magazine's board of editors.

It began as an effort to understand how microbes fight viral infections. Within their chromosomes bacteria store snippets of DNA taken from the viruses they encounter. These fragments, which are tagged by a set of DNA segments called CRISPRs (clustered regulatory interspaced short palindromic repeats), serve as a record of past infections, and allow bacteria to become immune to future infections.

For Jennifer Doudna, an HHMI investigator and professor of chemistry as well as biochemistry and molecular biology at the University of California, Berkeley, the big question was, how did the system work? The answer lay with an enzyme named Cas9. Doudna and her team found that when armed with an RNA copy of one of the viral mug shots, the Cas9 enzyme could recognize and disable viruses that carried a matching sequence.

Once she understood this system, Doudna set out to harness it. By feeding the Cas9 enzyme a guide RNA of her choosing, Doudna found that she could edit target DNA much more easily and accurately than with existing methods. A Cas9-directed incision could inactivate a target gene. It could also provide an insertion site for new DNA, such as an altered version of the target gene.

The description of this CRISPR- Cas9 system—published in Science in 2012—launched a revolution in biology and biotechnology. In just seven years, CRISPR has become an essential research tool and the inspiration for scores of new start-ups. The technology has the potential to transform basic science, improve agricultural crops and cure genetic diseases. At the same time, it raises ethical questions about how to handle a technology that has the power to alter human evolution.

In 2018, Doudna and two of her colleagues, Professors Emmanuelle Charpentier at the Max Planck Institute for Infection Biology and Virginijus Siksnys at Vilnius University, were awarded the Kavli Prize in Nanoscience for their work on CRISPR-Cas9.

Now, Doudna outlines the next big questions that need to be addressed before CRISPR can reach its full potential.

What is CRISPR 2.0, and how do we develop it?

One big issue with CRISPR technology is how we can ensure the accuracy and the efficiency of genome editing, meaning the exact changes that are introduced into DNA. Right now, scientists can trigger targeted changes to DNA at a particular place in the genome, but we have a harder time ensuring the exact kind of change that gets introduced. A couple of things that are in the pipeline right now, not just in my own lab, but generally in the field: One is to develop what are called base-editing versions of CRISPR-Cas proteins. This means developing ways of using these programmable enzymes, not to cut DNA, but actually to trigger a chemical change to a particular DNA base in a sequence. With these base-editing molecules, we could reduce opportunities for the cell to make an undesired change. This is the kind of very specific manipulation of a DNA sequence that could, in principle, cure a disease-causing mutation in a cell.

Illustration by Falconieri Visuals

Can we turn CRISPR-Cas9 against infectious disease?

There’s been a lot of interest in asking the question, at least in a research setting. Could you harness the adaptive immune functions of CRISPR-Cas systems for protecting other kinds of cells from viruses? I think that is not too likely, at least in its present form, because viruses have a remarkable ability to adapt and evolve resistance to targeting mechanisms, such as the one used by CRISPR-Cas. On the other hand, do I think that there may be ways to target bacteria that are infectious agents in people? على الاطلاق. One of the forefronts of the field is to explore how we could use CRISPR-Cas systems to target some of the bacteria that are harmful to people.

Can we turn to microbes to find alternative gene-editing tools?

One of the amazing questions in biology is, what are all of the microbes that populate our planet? Many scientists, including my colleague, Jillian Banfield here at University of California, Berkeley, are studying microbes in the environment by sequencing their DNA and piecing together information about their lifestyles, community partners and environmental niches. That’s something where I think a biochemist and structural biologist like myself can engage with experts in DNA metagenomics to try to understand the molecular pathways in these organisms. Some of these pathways provide a defense against viruses, like CRISPR systems do. CasX is a newer iteration of CRISPR-Cas that can be programmed to find and cut DNA just like Cas9. But it’s a lot smaller, and it has a completely different molecular shape, so it may be easier to deliver it into cells and ensure that it does the accurate editing necessary for clinical use.

How can we ensure gene editing benefits everyone?

Very soon, we will be faced with many opportunities for manipulating DNA—not only in individuals but also in the cells that can transmit changes to future generations. Given that, I’d like to see a lot more opportunities for public interaction with scientists and more opportunities to explore the broader implications of gene editing. How does it affect the inequalities that we see across society? How does it affect people’s decisions about reproduction and genetic disease? How do we even define genetic disease? What do we consider to be health versus disease? Those kinds of questions need to be openly debated.

To hear the complete podcast with Jennifer Doudna, watch the video below.

To learn more about brilliant work of Kavli Prize Laureates, visit The Kavli Prize. To explore more of the biggest questions in science, click هنا.


International Hands-on Training on Genome Editing Technologies

The International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics (ICRISAT) and Asia-Pacific Association of Agricultural Research Institutions (APAARI) under its programme on Asia Pacific Consortium on Agricultural Biotechnology and Bioresources (APCoAB) jointly announces the call for applications for its international hands-on training program on “Genome Editing Technologies”. ICRISAT is an International non-profit agricultural research institute with sate of the art facilities on agri-biotechnology research supporting innovation, development and applications of broad range of biotechnological solutions spreading across various domains from basic research to product translation. Under the aegis BioNcube, a BIRAC-BioNEST Ag-biotech incubator at ICRISAT and APCoAB programme of APAARI the training course is being organized during October 14 – 25, 2019 at ICRISAT, Patancheru, Hyderabad, India-502 324.

تطبيق

Applications are invited from researchers who are familiar with basic molecular and cell biology techniques and want to learn genome editing applications in agriculture using the most recent and advanced CRISPR system.


شاهد الفيديو: التدريب العملي من ورشة المراسل التليفزيوني (شهر نوفمبر 2022).