https://bodybydarwin.com
Slider Image

Lääkärit muuttivat ihmisen geenejä CRISPR: llä ensimmäistä kertaa Yhdysvalloissa. Seuraava voi olla seuraava.

2020

Viime viikolla Yhdysvaltojen lääkärit käyttivät ensimmäistä kertaa geeninmuokkaustyökalua CRISPR yrittääkseen korjata elävän ihmisen geneettisen sairauden. Mississippistä peräisin oleva 41-vuotias Victoria Gray syntyi sirppisolutaudissa, joka on usein kivulias ja heikentävä tila, jonka aiheuttaa geenimutaatio, joka muuttaa punasolujen muotoa. Tästä hetkestä lähtien on olemassa vain yksi sairauden hoito - luovuttajasiirto, joka toimii vain 10 prosentilla potilaista - mutta lääkärit uskovat, että Grayn omasta luuytimestä uutettujen solujen editointi voisi palauttaa oikean punasolujen muodostumisen. Jos se onnistuu, se voi osoittautua hoitoksi, jota 90 prosenttia sirppisolupotilaista on odottanut.

Sirppisoluista kärsivät ihmiset eivät tee beeta-hemoglobiinia - proteiinia, joka tekee punaisista verisoluistasi mukavia ja pyöreitä ja auttaa kuljettamaan happea kehosi läpi. Sen sijaan ne tuottavat viallisen proteiinin, nimeltään hemoglobiini S, joka muuttaa punasolujen kemiaa ja saa heidät luolaan itseensä ja tulemaan jäykiksi ja sirpin muotoisiksi. Koukumaiset solut eivät ole läheskään yhtä tehokkaita hapen kuljettamisessa kuin terveet, pyöreät kollegansa. Sen sijaan ne juuttuvat pieniin verisuoniin ja hajoavat ennenaikaisesti, jolloin kudokset ja elimet eivät tarvitse paljon happea, mikä johtaa kipuun ja äärimmäiseen väsymykseen. Kokeillaan sen hoitamista lääkärit poistivat kantasolut Grayn luuytimestä ja käyttivät CRISPR: ää säätämään DNA: ta kytkeäkseen tietyn proteiinin, joka mahdollistaisi oikean punasolujen tuotannon.

Harmaa on ensimmäinen henkilö Yhdysvalloissa, jonka solut ovat muuttuneet CRISPR: n avulla, ja toinen maailmanlaajuisesti. Ensimmäistä potilasta hoidettiin Saksassa CRISPR Therapeuticsin (yksi kahdesta tutkimusta aloittavasta biotekniikkayrityksestä) helmikuussa ilmoituksen mukaan samanlaisesta geneettisestä verihäiriöstä, jota kutsutaan beetatalasemiaksi. Äskettäisen lehdistötiedotteen mukaan potilas (jonka henkilöllisyyttä ei ole paljastettu) paranee eikä ole tarvinnut verensiirtoja taudin tyypilliseen hoitoon neljän kuukauden aikana.

CRISPR Therapeutics, Cambridge, Massachusettsissa toimiva yritys, joka keskittyy geenipohjaisten hoitomuotojen kehittämiseen, ja Bostonin Vertex Pharmaceuticals ilmoittaa lopulta noin 45 ihmistä 18–35-vuotiaita molempien yritysten yhteiseen tutkimukseen nähdäkseen, muuntaako geeni geenimuotoista verta CRISPR-solut voivat korjata nämä vialliset sirppisolut hyväksi.

CRISPR tarkoittaa klusteroituja, säännöllisesti välimatkoilla lyhyitä palindromisia toistoja. Ne ovat toistavia DNA-sekvenssejä, jotka sopivana entsyymien kanssa, tässä tapauksessa Cas9 - vaikuttavat kuten DNA: n leikkaussakset ja voivat pilkkoa, poistaa ja korvata erilaisia ​​DNA-segmenttejä.

Tutkijat tunnistivat CRISPR: n ensin bakteerien puolustusjärjestelmänä. Kun virukset yrittävät vallata bakteerisolun, mikro-organismi pitää viruksen DNA: n paloja niin, että jos bakteerit selviävät hyökkäyksestä, sillä on tapa tunnistaa hyökkääjä seuraavan kerran. Jos virus palaa, solu käyttäisi varastettua DNA: ta RNA: n, jota kutsutaan nimellä RNA, nimitykseksi, koska se nimeltään, koska se ohjaa kirjaimellisesti DNA: n pilkkomisentsyymiä Cas9. Opas RNA löytää vastaavuutensa tunkeutuvassa virus-DNA: ssa ja sitten Cas9 tekee leikkauksen, joka vahingoittaa virus-DNA: ta ja puolustaa bakteerisolua viruksen valtaukselta.

Tutkijat ovat siirtäneet CRISPR-Cas9-järjestelmän uudelleen kaikenlaisiin asioihin. Ne suunnittelevat ohjaus-RNA: n vastaamaan kaikkia geenejä, jotka he ehkä haluavat poistaa tai muuttaa, kuten sairautta aiheuttavaa mutaatiota ihmisissä tai geeniä, joka säätelee kasvien kasvua, ja kiinnittää sitten Cas9: n. Sirppisoluterapiaa varten ne kohdensivat punasolujen BCL11A: ta. BCL11A: lla on monta tärkeää roolia kehossa, mutta punasoluissa se tukahduttaa sikiön hemoglobiinin nimisen proteiinin. Jos se poistetaan käytöstä, solut tekevät sikiön hemoglobiinia, joka estää soluja sikaroimaan.

Hoitoa varten lääkäri poisti varren solut Harmaan luuytimestä, Bao sanoo. Sitten he käyttivät CRISPR-Cas9: tä BCL11A-geenin leikkaamiseen ja poistamiseen käytöstä, jotta solu ei enää tuottaisi repressoria.

Kun muokatut solut on injektoitu takaisin potilaan luuytimeen, niiden tulisi alkaa tuottaa sikiön hemoglobiinia. Kaikki ihmiset tuottavat sikiön hemoglobiinia ollessaan vauvoja, mutta ajan kuluessa sikiön hemoglobiini laskee dramaattisesti ja keho korvaa sen normaalisti beeta-hemoglobiinilla tai sirppisoluista kärsivillä potilailla hemoglobiinin S kanssa.

Vuonna 1941 lastenlääkäri nimeltä Jane Watson huomasi, että sirppisoluilla olevilla vauvoilla ei ollut oireita kuuden kuukauden ja yhden vuoden ikään saakka, kertoo Baylorin yliopiston hematologi Vivien Sheehan. Hän huomasi myös, että sirppisoluista kärsivät vauvat tuottivat sikiön hemoglobiinia pidempään, noin kahden vuoden ikään asti.

Watsonin löytön jälkeen siellä on tehty paljon tutkimuksia, joiden perusteella sikiön hemoglobiinin lisääminen on toteuttamiskelpoinen hoitostrategia, Sheehan sanoo. Se estää virheellistä hemoglobiini S: tä luolamasta punasoluihin. Mutta strategian tosiasiallinen toteuttaminen vaati melkein 80 vuotta.

Hoito ei kuitenkaan ole ilman riskejä. Ennen kuin lääkärit voivat pistää muokatut solut takaisin potilaan luuytimeen, heidän on vaurioitava toiset kantasolut säteily- ja kemoterapian avulla. Jos niitä ei tehdä, muokkaamattomat kantasolut tuottavat jatkossa sirpaleisia punasoluja nopeammin kuin muokatut solut voivat tuottaa terveitä. Jotta sikiön hemoglobiinille saadaan etu ja varmistetaan, että terveet, pyöreät verisolut pääsevät eteenpäin, ne vahingoittavat alkuperäisiä kantasoluja, jotka tuottavat sirpaleisia soluja.

Sen jälkeen siitä tulee odotuspeli. He odottavat sikiön hemoglobiinin nousua ja sairastuneiden verisolujen määrän pienenemistä. Jotta hoito olisi potilaalle sen arvoista, Sheehanin mukaan sen on parannettava merkittävästi potilaan elämänlaatua. Edellytyksenä on oltava toiminnallinen voitto, pitkän aikavälin lievitys.

Geenien muokkauksella on potentiaalia hoitaa useita geneettisiä ja muita parantumattomia sairauksia, mukaan lukien jotkut syövät. Mutta koska se voi halutessaan leikata olennaisesti minkä tahansa DNA-segmentin, sitä on käytettävä erittäin varovaisesti.

Muutama kuukausi sitten kiinalainen tutkija He Jiankui käytti CRISPR: ää muokatakseen ihmisalkioita. Sitten hän implantoi alkioita naisen kohtuun ja hän synnytti kaksosetytöt marraskuussa 2018. Hänen aikomuksena oli poistaa geeni CCR5 nimeltään alkioista, jotta ne olisivat kestäviä isänsä kantamille HIV-tartunnille. Mutta toisin kuin sirppisolututkimukset, Hänen kokeilu oli valtava eettinen väärinkäyttö ja laiton monissa maissa.

Kun tutkijat käyttävät CRISPR: ää alkion muokkaamiseen, he muuttavat jokaista ihmisen ruumiin solua, Sheehan sanoo. Joten, hän sammutti CCR5-proteiinin kaksosydänsoluissa, aivosoluissa, ihosoluissa - kaikkialla. Tutkijoilla ei ole aavistustakaan, millä sivuvaikutuksilla voi olla, etenkin koska samalla geenillä voi olla erilaiset roolit erityyppisissä soluissa.

Alkion geeninkäsittely tekee muutoksia myös niiden sukupuolisoluihin, lisää Rice-yliopiston bioinsinööri Gang Bao. Joten, "mitä tahansa geenimuutoksia tehdään, ne siirretään uusille sukupolville - se on vaarallista".

Sirppisoluhoitoja varten tutkijat editoivat vain yhden tyyppisiä somaattisia soluja (mitä tahansa soluja, jotka eivät ole sukupuolisoluja), kertoo Bao, joka tutkii CRISPR-hoitoja sirppisoluille, mutta ei ole mukana kliinisessä tutkimuksessa. Tämä tarkoittaa, että muutokset koskevat vain hoidettavaa henkilöä, eikä niitä voida siirtää muille sukupolville. Tutkijat toimittivat myös tietyn tyyppisiä kantasolutyyppejä siten, että punasolut olisivat ainoat solutyypit, joihin ne vaikuttavat. Toisin sanoen kokeellinen hoito sisältyy tietyntyyppisiin soluihin yhdessä henkilössä.

CRISPR: n kanssa on myös aina riski tahattomista seurauksista, Bao sanoo. Näitä kliinisiä tutkimuksia varten CRISPR on tarkoitettu tekemään kaksijuosteinen leikkaus yhdestä geenistä, mutta väistämättä esiintyy niin kutsuttuja ”kohteiden ulkopuolisia vaikutuksia”. On normaalia, kun CRISPR: ää käytetään entsyymiin leikata toisinaan jotain, jota tutkijat eivät aikovat. Entsyymistä on joitain erittäin tarkkoja versioita, mutta silloinkin kohteiden ulkopuolella olevien leikkausten määrä ei ole koskaan nolla, hän sanoo.

Tutkijoiden on tarkkailtava Greyä ja muita potilaita ainakin 15 vuoden ajan, jotta nämä tahattomat sippilit olisivat haitallisia vai ovatko niissä ongelmia, Sheehan sanoo, mahdollisesti pidempään. Voi kestää kauan ymmärtää, onko sikiön hemoglobiini pitkäaikainen ratkaisu, ja nähdä, onko CRISPR: n käytöllä tahattomia vaikutuksia.

On liian aikaista tehdä johtopäätöksiä, mutta tutkijat ovat edelleen innokkaita, koska suurimmalle osalle sirppisoluista kärsivistä ihmisistä Sheehan sanoo, "tämä on ainoa mahdollinen parannuskeino".

Voisitko olla astronautti?

Voisitko olla astronautti?

Ehkä meidän kaikkien pitäisi käyttää Facebook Messenger Kids -sovellusta

Ehkä meidän kaikkien pitäisi käyttää Facebook Messenger Kids -sovellusta

'Popular Science' vastaa kysymykseen, jonka Vahva Huono kysyi meiltä 13 vuotta sitten

'Popular Science' vastaa kysymykseen, jonka Vahva Huono kysyi meiltä 13 vuotta sitten